DIAGNÓSTICO Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE ACUEDUCTO … · 2020-04-15 · 2.2 DIAGNÓSTICO DE LA...

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DIAGNÓSTICO Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE ACUEDUCTO DEL

MUNICIPIO DE FUSAGASUGÁ: CAPTACIÓN DEL RÍO BARRO BLANCO,

ADUCCIÓN, DESARENADOR Y LÍNEA DE CONDUCCIÓN PRINCIPAL

SEBASTIAN DAVID LEÓN REINA

CÓDIGO:504840

NICOLAS MAURICIO SABOGAL BELTRAN

CÓDIGO:505405

UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ, D. C.

2019

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DIAGNOSTICO Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE ACUEDUCTO DEL

MUNICIPIO DE FUSAGASUGÁ: CAPTACIÓN DEL RÍO BARRO BLANCO,

ADUCCIÓN Y DESARENADOR

SEBASTIAN DAVID LEÓN REINA

NICOLAS MAURICIO SABOGAL BELTRAN

TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL

DIRECTOR

HENRY ALBERTO CORDOBA ROMERO

INGENIERO CIVIL

UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ, D. C

2019

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NOTA DE ACEPTACIÓN

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Firma del presidente del jurado

________________________________

Firma del jurado

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Firma del jurado

Bogotá D.C 16 de noviembre 2019

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TABLA DE CONTENIDO GLOSARIO ........................................................................................................................... 13

INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 14

1. GENERALIDADES ........................................................................................................... 15

1.1. ANTECEDENTES ............................................................................................. 15

1.2 INFORMACION DEL MUNICIPIO .......................................................................... 17

1.2.1 Localización y geografía .................................................................................... 17

1.2.2 Climatología ........................................................................................................ 18

1.2.3 Hidrografía...................................................................................................... 20

1.2.4 Demografía ..................................................................................................... 21

1.2.5 Aspectos económicos ....................................................................................... 21

1.3 CONDICIONES ACTUALES .................................................................................. 22

1.4 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................... 26

1.4.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ...................................................................... 26

1.4.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA .................................................................... 26

1.5 OBJETIVOS ........................................................................................................... 27

1.5.1 Objetivo general ................................................................................................. 27

1.5.2 Objetivos específicos......................................................................................... 27

1.6 JUSTIFICACIÓN .................................................................................................... 28

1.7 ALCANCE Y LIMITACIÓN ..................................................................................... 31

1.8 MARCO DE REFERENCIA .................................................................................... 32

1.8.1 MARCO TEORICO ............................................................................................... 32

1.8.2 MARCO CONCEPTUAL ...................................................................................... 36

1.8.3 MARCO LEGAL ................................................................................................... 38

1.8.4 ESTADO DEL ARTE ............................................................................................ 39

2. DIAGNÓSTICO DE LAS ESTRUCTURAS .................................................................. 43

2.1 DIAGNÓSTICO DE LA BOCATOMA DE FONDO ................................................. 43

2.1.1 Diagnóstico Hidráulico. .................................................................................... 43

2.1.2 Diagnóstico Físico ............................................................................................ 44

2.2 DIAGNÓSTICO DE LA LÍNEA DE ADUCCIÓN Y CONDUCCIÓN ........................ 49

2.2.1 Diagnóstico Hidráulico. .................................................................................... 49


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2.3 DIAGNOSTICO DEL TANQUE DESARENADOR ................................................. 50

2.3.1 Diagnóstico Hidráulico ..................................................................................... 50


3. ALTERNATIVA DE MEJORAMIENTO Y RE-DISEÑO DE LAS ESTRUCTURAS .... 56

3.1 ALTERNATIVA DE MEJORAMIENTO .................................................................. 56

3.2 PROYECCIONES POBLACIONALES ................................................................... 56

3.2.1 Método lineal o aritmético ................................................................................. 56

3.2.2 Método geométrico ............................................................................................ 59

3.2.3 Método exponencial ........................................................................................... 60

3.3 DISEÑO HIDRÁULICO DE LAS ESTRUCTURAS ................................................. 67

3.3.1 ESCENARIO 1 ..................................................................................................... 67

3.3.2 ESCENARIO 2 ................................................................................................... 116

4. ANALISIS DE RESULTADOS .................................................................................... 160

4.1 ALTERNATIVA DE MEJORAMIENTO ................................................................ 160

4.1.1 BOCATOMA DE FONDO .................................................................................. 167

4.1.2 LINEA DE ADUCCION ...................................................................................... 167

4.1.3 DESARENADOR ............................................................................................... 168

5. MODELACION EN EPANET ...................................................................................... 169

6. PRESUPUESTO .......................................................................................................... 171

CONCLUSIONES ............................................................................................................... 178

RECOMENDACIONES ....................................................................................................... 180

REFERENCIAS .................................................................................................................. 181

ANEXOS ............................................................................................................................. 185

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TABLA DE IMÁGENES

Imagen 1. Ubicación Fusagasugá. ..................................................................... 17

Imagen 2. Climograma Fusagasugá ................................................................... 18

Imagen 3. Temperatura Fusagasugá (temperatura vs Meses del año) ........... 19

Imagen 4. Ríos Existentes ................................................................................... 20

Imagen 5. Población Existente y Existente por Sexos ..................................... 21

Imagen 6. Rio Barro Blanco. ............................................................................... 23

Imagen 7. Planta Pekín. ....................................................................................... 24

Imagen 8. Ubicación Rio Barro Blanco. ............................................................. 25

Imagen 9. Captación Río Barro Blanco. ............................................................. 25

Imagen 10. Espacio Geográfico Municipio de Fusagasugá ............................. 31

Imagen 11: Marco conceptual del proyecto....................................................... 36

Imagen 12. Mejoramiento de un Sistema de Acueducto .................................. 41

Imagen 13. Rejilla de Captación. ........................................................................ 45

Imagen 14. Residuos de la Rejilla por Falta de Mantenimiento. ...................... 46

Imagen 15. Paredes de Contención de la Bocatoma. ....................................... 47

Imagen 16. Fallas de la compuerta Bocatoma – Aducción. ............................. 48

Imagen 17. Tanque Desarenador. ....................................................................... 52

Imagen 18. Pantallas de Perforación. ................................................................. 53

Imagen 19. Escaleras de Gato en el Desarenador. ........................................... 54

Imagen 20. Vástago del Módulo. ......................................................................... 55

Imagen 21. Proyecciones de Población Municipales por Área. ....................... 58

Imagen 22 línea de bocatoma- planta Pekín .................................................... 108

Imagen 23 perfil de conducción. ...................................................................... 108

Imagen 24 Empuje de trabajo ........................................................................... 109

Imagen 25 tazado línea bocatoma-Planta Pekín. ............................................. 153

Imagen 26 Perfil línea de conducción. ............................................................. 154

Imagen 27 Empuje de trabajo o nominal. ........................................................ 154

Imagen 28 modelación tanque-conducción-salida ......................................... 170

Imagen 29 Tabla de resultados tanque-nodo .................................................. 170

Imagen 30 Presiones-vel ................................................................................... 171

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TABLA DE TABLAS

Tabla 1. Abreviaturas. .......................................................................................... 12

Tabla 2. Perfil Económico Región del Sumapaz ............................................... 22

Tabla 3 Cuadro Resumen: Ejercicio Calculo De Caudales Requeridos

Utilizando Modulos De Consumo ....................................................................... 29

Tabla 4 Caudal uso doméstico y total ................................................................ 30

Tabla 5. Dotación Pura Máxima por Habitante Según la Altura Sobre el Nivel

del Mar .................................................................................................................. 32

Tabla 6. Dimenciones Existentes de la Bocatoma ............................................ 43

Tabla 7. Dimensiones Existentes de la Línea de Aducción.............................. 49

Tabla 8. Dimensiones Existentes del Tanque Desarenador. ............................ 50

Tabla 9. Censo vs Habitantes ............................................................................. 56

Tabla 10. Método, Población y Pata Poblacional. ............................................. 64

Tabla 11. Dotación pura máxima por habitante según la altura sobre el nivel

del mar de la zona atendida. ............................................................................... 65

Tabla 12 Valores Máximos Mensuales de Caudales (m3/s) de la Estación

Providencia, Fusagasugá. ................................................................................... 77

Tabla 13. Valores Medios Mensuales de Caudales Estación Providencia,

Fusagasugá .......................................................................................................... 78

Tabla 17. Parámetros de diseño. ........................................................................ 95

Tabla 18. Condición de operación de los módulos. .......................................... 96

Tabla 19. Vertedero de salida.............................................................................. 98

Tabla 20. Pantalla de Salida. ............................................................................... 98

Tabla 22 capacidad lodos. .................................................................................. 99

Tabla 27. Desaprovechamiento por las pantallas inicial y final. .................... 104

Tabla 29. Datos de entrada ............................................................................... 107

Tabla 30. Empuje de diseño. ............................................................................. 109

Tabla 31. Datos de tubería................................................................................. 109

Tabla 32. Calculo de diámetro .......................................................................... 110

Tabla 33. Alternativa de diseño tubería de 14" ................................................ 110

Tabla 34. Alternativa de diseño para tubería de 16" ....................................... 111

Tabla 35. Carga hidráulica total ........................................................................ 111

Tabla 36. Calculo de pérdidas de energía ........................................................ 111

Tabla 37. Perdidas por válvulas de control ..................................................... 112

Tabla 38. Perdidas por la Tee ............................................................................ 112

Tabla 39. Perdidas por reducción gradual ....................................................... 112

Tabla 40. Desaprovechamiento al ingreso normal al tubo 12" ...................... 112

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Tabla 41. Perdidas por salida 12" ..................................................................... 113

Tabla 42. Pérdidas Totales ................................................................................ 113

Tabla 43. Calculo de diámetro .......................................................................... 113

Tabla 44. Carga hidráulica total ........................................................................ 113

Tabla 45. Línea piezométrica tramo 14" ........................................................... 114

Tabla 46. Línea piezométrica tramo 16" ........................................................... 114

Tabla 47. Comprobación Golpe de ariete......................................................... 114

Tabla 48. Tiempo de manejo para no sobrepasar el empuje ......................... 114

Tabla 49. Condiciones que afectaran la tubería .............................................. 115

Tabla 51. Tiempo de maniobra .......................................................................... 115

Tabla 52.. Caudales de Diseño. ......................................................................... 116

Tabla 53. Valores Máximos Mensuales de Caudales (m3/s) de la Estación

Providencia, Fusagasugá. ................................................................................. 126

Tabla 54. Valores Medios Mensuales de Caudales Estación Providencia,

Fusagasugá. ....................................................................................................... 127

Tabla 55. Relaciones Hidráulicas para Conductos Circulares. ...................... 134

Tabla 56. Número de Hazen. ............................................................................. 138

Tabla 57. Datos de entrada................................................................................ 152

Tabla 58. Empuje de diseño conducción principal. ........................................ 154

Tabla 59. Datos de tubería................................................................................. 155

Tabla 60. Calculo de diámetro. ......................................................................... 155

Tabla 61. Alternativa de diseño para tubería de 14". ...................................... 155

Tabla 62. Alternativa de diseño para tubería de 16" ....................................... 156

Tabla 63. Carga Hidráulica total. ....................................................................... 156

Tabla 64. Calculo de las pérdidas de energía. ................................................. 156

Tabla 65. Déficit por válvulas de control. ........................................................ 157

Tabla 66. Perdidas por TEE. .............................................................................. 157

Tabla 67. Perdidas por reducción gradual de 16" a 14" ................................. 157

tabla 68. Déficit por entrada normal al tubo .................................................... 157

Tabla 69. Perdidas por salida de 14" ................................................................ 157

Tabla 70. Pérdidas totales. ................................................................................ 158

Tabla 71. Calculo de diámetro. ......................................................................... 158

Tabla 72. Carga hidráulica total. ....................................................................... 158

Tabla 73. Línea piezométrica en 16"................................................................. 158

Tabla 74. Línea piezométrica en 14"................................................................. 159

Tabla 75. Comprobación del golpe de ariete. .................................................. 159

Tabla 76. Ciclo de manejo para no sobrepasar el empuje.............................. 159

Tabla 77. Condiciones en las que estará afectada la tubería ......................... 159

Tabla 78. Tiempo de manejo para no sobrepasar el empuje.......................... 160

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Tabla 79. Tiempo de manejo. ............................................................................ 160

Tabla 80. Bocatoma escenario 1 / escenario 2 ................................................ 161

Tabla 81. línea de aducción escenario 1 / escenario 2 ................................... 162

Tabla 82. Desarenador escenario 1 / escenario 2 ........................................... 163

Tabla 83. conducción escenario 1 / escenario 2 ............................................. 163

Tabla 84. Dotación pura máxima por habitante según la altura sobre el nivel

del mar de la zona atendida. ............................................................................. 164

Tabla 85. Diseño línea de conducción principal. ............................................ 168

Tabla 86. Comparación Vel Obtenida Manualmente vs Software Epanet. .... 170

Tabla 87. Presupuesto del sistema de acueducto. ......................................... 172

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TABLA DE GRÁFICAS

Gráfica 1. Proyección Mediante el Método Lineal. (Población vs año) ........... 62

Gráfica 2. Proyección Mediante el Método Geométrico. (Población vs año) .. 62

Gráfica 3. Proyección Mediante el Método Exponencial. (Población vs año) 63

TABLA DE ANEXOS

Anexo 1. Solicitud de Estudio. .......................................................................... 185

Anexo 2. Certificación de la Visita Técnica. .................................................... 186

Anexo 3. Respuesta a información solicitada ................................................. 187

Anexo 4. Plano Bocatoma Diseño en Planta. .................................................. 188

Anexo 5. Plano Bocatoma Corte A - A. ............................................................ 188

Anexo 6. Plano Bocatoma Corte B - B. ............................................................ 188

Anexo 7. Plano Línea Aducción (Bocatoma - Desarenador). ......................... 188

Anexo 8. Plano Diseño en Planta del Desarenador. ....................................... 188

Anexo 9. Plano Desarenador Diseño Corte Transversal A - A. ...................... 188

Anexo 10. Plano Desarenador Diseño Corte Transversal B - B. .................... 188

Anexo 11. Plano en planta del sistema de acueducto .................................... 188

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Tabla 1. Abreviaturas.

ABREVIATURA SIGNIFICADO

EMSERFUSA E.S.P Empresa de servicios públicos de Fusagasugá

RAS Reglamento Técnico para el Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico.

CAR Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca

IGAC Instituto Geográfico Agustín Codazzi

DANE Departamento Administrativo Nacional de Estadística

POT Plan de Ordenamiento Territorial

Qmd Caudal Medio Diario

QMD Caudal Máximo Diario

QMH

Caudal Máximo Horario

Fuente: Autores.

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GLOSARIO

Se desarrollarán los conceptos que tienen que ver con el diseño de las piezas de un sistema de acueducto donde os dará una breve descripción de ellos, también en los parámetros de se deben tener en cuenta según el reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico (Vivienda, 2018). Aducción: Son los medios destinados a trasladar durante gravedad o bombeos de agua crudas desde los puntos, los sitios de recogida hasta la planta de tratamiento. Agua Potable: Agua que por reunir los requisitos organolépticos, físicos, químicos y microbiológicos es apta y aceptable para el consumo humano y cumple con las normas de calidad de agua (Eckenfelder, 1991) Aguas Abajo: Significa hacia dónde va el agua. (MOTT & J.A, Applied Fluid Mechanics, 2014). Aguas Arriba: Quiere decir de donde viene el agua. (MOTT & UNTENER, Applied Fluid Mechanics, 2014). Bocatoma de fondo: Estructura por el cual se recogerá el agua a través de una rejilla que está ubicada sobre una corriente de agua sea (río, quebrada, ETC). Censo poblacional: Un censo de población y vivienda, es el conteo y la caracterización de todos los habitantes, viviendas y hogares en el territorio nacional (DANE, 2005). Desarenador: Parte destinada a la erradicación de las arenas y sólidos que están en interacción con el agua, mediante un proceso de sedimentación física (MINVIVIENDA, REGLAMENTO TECNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO, 2003). Diámetro: Denotación numérica en mm que corresponde a la unión de dos puntos de una circunferencia. (Murray, Golshan, & Mohitpour, Pipeline Design & Construction, 2003) Golpe de ariete: Es la vibración del agua en un tubo cerrado por cambios abruptos en la vel de flujo. (Murray, Golshan, & Mohitpour, Pipeline Design & Construction, 2003) Inclinación: Es una diferencia de alturas de la superficie por unidad de longitud la cual es medida horizontalmente en el sentido del flujo. Periodo de diseño: En cualquier obra de la ingeniería civil se entiende como el valor de años mientras los cuales una obra determinada va servir con eficiencia. (LOPEZ CUALLA R. A., 2003) Población: abundancia de personas que se van a aprovechar del sistema de acueducto de un municipio. Proyección de población: Es una operación que se hace con los resultados dados por el censo más reciente o con los datos de población más recientes esto para saber la cantidad de personas que van a existir. Hay varios métodos de para proyectar la población en los cuales están el método geométrico, método exponencial, el método aritmético. Revestimiento: Terminaciones superficiales que sirven para decorar o proteger. Rugosidad: Es el acabado superficial de los materiales. (Shashi Menon, 2013)

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INTRODUCCIÓN

Este proyecto está enfocado en la elaboración del diagnóstico y el mejoramiento del

sistema de acueducto para el municipio de Fusagasugá, con el fin de proveer un

mejor servicio para la comunidad. El diseño busca desarrollar las obras de

captación, aducción hasta la línea de conducción principal, con el fin de proponer

una opción técnica y económica viable que se ajuste a las condiciones del sector.

El municipio de Fusagasugá cuenta con tres plantas de potabilización las cuales captan agua de dos fuentes superficiales: Quebrada filadelfia y Río Cuja, a través de una bocatoma de fondo, posterior a la cual se cuenta ubicada el desarenador y la planta de tratamiento de agua potable. En concordancia con lo anterior, el proyecto se enfoca en el sistema de captación aducción, desarenador y línea de conducción que hacen parte del acueducto de la Planta Pekín, en la actualidad la tubería de aducción del sistema que capta de la quebrada filadelfia se encuentra hecha en un material que está prohibido según la ley 1968 del 2019, tal como el asbesto; por lo cual en el presente proyecto se busca elaborar un diseño de una nueva tubería de aducción con el fin de garantizar el buen funcionamiento de la Planta Pekín. Adicionalmente se realizará el diagnóstico de los elementos (captación, desarenador y conducción principal).

Finalmente, los resultados del mejoramiento encontrado serán compartidos con la Empresa de servicios públicos Emserfusa E.S.P y la comunidad beneficiada, con el fin de que sean tenidos en cuenta en sus proyectos de inversión y se mejore el sistema de acueducto aportando al bienestar de la comunidad.

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1. GENERALIDADES

1.1. ANTECEDENTES

En el municipio de Fusagasugá se han presentado una serie de desarrollos y evoluciones en el sistema de acueducto, como se ha evidenciado que el área donde se localiza la planta que se abastece del Río Barro Blanco. La historia de los servicios públicos se reemprende en Fusagasugá desde su inicio en el siglo XVI donde ha logrado el agua para el consumo humano que le han proporcionado las quebradas que atraviesan el municipio, especialmente la Quebrada La Parroquia que pasaba a una cuadra al sur de la Plaza Mayor, los Curos que cruzaba a una cuadra al norte de la Plaza Mayor (E.S.P, 2018). Esta necesidad de llevar a Fusagasugá un paso adelante en la civilización, fue lenta debido a los inconvenientes del fisco municipal y a las difíciles zonas del territorio que se consideraban fallas. Debido a esto, las obras fueron iniciadas a principios del siglo XXI (E.S.P, 2018).

La construcción de la acequia se llevó a cabo entre 1908 y 1923, y la parte más importante de la obra se ejecutó durante los últimos cuatro años de este periodo por el ingeniero Ismael García. Pero aun antes de terminarse las obras de la acequia, algunos de los habitantes más pudientes habían construido tuberías individuales para llevar agua de la Quebrada La Parroquia a sus casas, siendo muestra de un cambio en la sociedad que necesitaba en mayor medida del agua (E.S.P, 2018).

La mejora en el servicio de acueducto se inició con la construcción de un nuevo sistema durante 1.928 gracias a un auxilio del Senado de La República, la red del acueducto se extendió a los sectores en los cuales nunca antes había existido este servicio y que se servía del entorno de la plaza, lugar que concentró los trabajos del acueducto privado, llegando en 1.933 a 160 plumas instaladas por el nuevo acueducto, favorecido por el interés de los Fusagasugueños de bajos recursos que trabajaban sin ninguna remuneración, para que una paja de agua se ubicará cerca de su casa, entendiendo a su modo los beneficios de aprovechar este servicio. En cuanto a las alcantarillas se contrató en 1936 su construcción con el departamento, obra que se terminó cuatro años después (E.S.P, 2018).

Las décadas de los 40 y 50 estuvieron marcadas por la búsqueda de recursos en procura de continuar con la ampliación del acueducto municipal. Actualmente Las redes principales del municipio de Fusagasugá tienen una extensión de 78.903 metros lineales, estas son verificadas y actualizadas a través de los planos que se encuentran en la entidad, cabe resaltar también que durante el año 2014 se inició

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un censo de Redes (E.S.P, 2018). Actualmente este sistema de acueducto presenta una complejidad debido al clima que lo afecta generando así problemas, en los últimos años por las fuertes lluvias del sector lo que genera que los sedimentos de gran tamaño afecten los componentes generando un mayor desgaste y un mantenimiento reiterativo. En diciembre del año 2013 se produjo un taponamiento en la bocatoma del Rio

Barro Blanco “La Empresa de Servicios Públicos de

Fusagasugá, EMSERFUSA E.S.P. informó a todos los habitantes de la comuna sur

Oriental que debido a las fuertes lluvias de las últimas horas el Rio Barro Blanco, ha

arrastrado con diferentes sedimentos que han taponado los desarenadores en la

captación de este afluente” (METRONET, 2013).

Así mismo en el año 2016 se produjeron grandes afectaciones al sistema de

captación y a los desarenadores, “producto de un intenso aguacero, el cual produjo

un daño en el sector de la Aguadita impidiendo el normal transporte de agua cruda

hasta la planta de tratamiento de Pekín, Emserfusa informa que la división de

acueducto haría presencia en la zona para evaluar el daño, las comunas sur y nor-

oriental estarán sin el servicio de agua hasta que se efectúen los arreglos

respectivos” (DÍA@DÍA, 2016).

Nuevamente en el mes de octubre del año 2018 se vieron afectadas las estructuras

colapsando así la rejilla del sistema de captación y un notorio debilitamiento de los

paredes de contención de la misma , “La Empresa de Servicios Públicos de

Fusagasugá, EMSERFUSA E.S.P. informó a todos los habitantes de la comuna sur

Oriental que debido a las fuertes lluvias de las últimas horas, el Rio Barro Blanco,

ha arrastrado con diferentes sedimentos que han taponado los desarenadores en la

captación de este afluente, operarios de las divisiones de Acueducto y

Alcantarillado, se dirigieron al sector para realizar el respectivo destapona miento,

por lo cual se debió suspender el servicio de agua potable en un espacio de

aproximadamente 7 horas, desde las 11:00am hasta las 6:00pm” (NOTICIAS,

2018).

Cabe anotar también, que a esta captación no se le han realizado mantenimientos

esto ha permitido que estas emergencias sean cada vez de mayor magnitud.

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1.2 INFORMACION DEL MUNICIPIO

Fusagasugá es un municipio colombiano, capital de la provincia del Sumapaz en el departamento de Cundinamarca. Está ubicada a 59 km al suroccidente de Bogotá, en una meseta delimitada por el río Cuja y el Chocho, el cerro de Fusacatán y el Quininí que conforman el valle de los Sutagaos, y la altiplanicie de Chinauta (FUSAGASUGA, 2018).

En la Imagen [1] se evidencia que el municipio limita por Norte con los municipios de Silvania y Sibaté; por el Sur con los municipios de Arbeláez, Pandi e Icononzo; por el Oriente con los municipios de Pasca y Sibaté y por el Occidente con los municipios de Tibacuy y Silvania (FUSAGASUGA, 2018).

1.2.1 Localización y geografía

Imagen 1. Ubicación Fusagasugá.

|

Fuente: (IGAC, 2018)

Fusagasugá es el tercer municipio más poblado de Cundinamarca y el cuadragésimo a nivel nacional, además se encuentra ubicada entre los 4º 20' latitud norte y los 74º 21' 00" longitud oeste y se encuentra en la ruta turística Bogotá-Girardot que conocida técnicamente es la ruta 40

https://es.wikipedia.org/wiki/Silvania

https://es.wikipedia.org/wiki/Sibat%C3%A9

https://es.wikipedia.org/wiki/Arbel%C3%A1ez

https://es.wikipedia.org/wiki/Pandi

https://es.wikipedia.org/wiki/Icononzo

https://es.wikipedia.org/wiki/Pasca

https://es.wikipedia.org/wiki/Tibacuy

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1.2.2 Climatología

Imagen 2. Climograma Fusagasugá

(Temperatura-Precipitación vs Meses del año)

Fuente: (CLIMATE-DATA.ORG, 2018)

La imagen [2] nos muestra que la altura sobre el nivel del mar es de 1717 m.s.n.m y las precipitaciones anuales promedio es de 1137 mm, El mes más seco es enero, con 50 mm. La mayor cantidad de precipitación ocurre en noviembre, con un promedio de 171 mm (CLIMATE-DATA.ORG, 2018).

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Imagen 3. Temperatura Fusagasugá (temperatura vs Meses del año)

Fuente: (CLIMATE-DATA.ORG, 2018)

El mes más caluroso del año con un promedio de 20.1 °C de marzo. Las temperaturas medias más bajas del año se producen en noviembre, cuando está alrededor de 18.6 ° C (CLIMATE-DATA.ORG, 2018).

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1.2.3 Hidrografía Fusagasugá es abastecida de agua en el sector urbano por el Río Barro Blanco y el Río Cuja. (Imagen [4]) La zona rural se abastece de diferentes fuentes hídricas municipales y de otras ubicadas en jurisdicción del municipio de Pasca. (POT-FUSAGASUGA, 2017).

Imagen 4. Ríos Existentes

Fuente: (MAPS, RIOS FUSAGASUGA, 2018).

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1.2.4 Demografía

Imagen 5. Población Existente y Existente por Sexos

Fuente: (DANE, 2005)

Según el DANE para el año 2005, en la Imagen [5] se observa que la población es de 107259 habitantes, siendo 54703 de población femenina, que representa el 51% y 52557 hombres que es el 49%.

1.2.5 Aspectos económicos

El municipio cuenta con renglones muy representativos a nivel industrial. Entre los más destacados está el sector AVÍCOLA y sus derivados con amplio reconocimiento Nacional por el elevado nivel de técnica y eficiencia. La producción alcanza índices altos los cuales abastecen el territorio nacional en buena parte. Existen fábricas de concentrados, despulpadoras de frutas, procesadores de productos lácteos y otros comestibles. A nivel doméstico se trabaja en artesanías, cueros y mimbre entre otros. La industria del turismo se perfila como una de las más importantes del centro de Colombia. Un dato suministrado respecto a la economía de la región del Sumapaz se perfila de la siguiente manera y se puede apreciar en la Tabla [2] (POT-FUSAGASUGA, 2017).

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Tabla 2. Perfil Económico Región del Sumapaz

COMERCIO 76,8 %

SERVICIOS 11,7 %

INDUSTRIA 6,9 %

AGRICULTURA 1,3 %

OTRAS ACTIVIDADES 3,3 %

Fuente: Autores.

1.3 CONDICIONES ACTUALES

El municipio de Fusagasugá (Cundinamarca) cuenta con dos fuentes de abastecimiento, la primera es el río Barro Blanco (Imagen [6]) que abastece la planta de tratamiento Pekín, con una producción mensual promedio de 190 L/s y aprovisiona el sector norte y sur-oriental del casco urbano con un cubrimiento poblacional del 45%. La segunda fuente es el río Cuja que abastece dos plantas de tratamiento, la Planta Central, actualmente con una producción mensual promedio de 90 L/s, sin embargo, tiene una capacidad instalada de 140 L/s y con un caudal máximo de 114 L/s, para aprovisionar el 29% de la población y la otra planta de tratamiento es la planta de la Venta con una producción mensual promedio de 72 L/s, la cual provee el sector sur occidental del casco urbano en un 26%. A partir del 2003 entró en funcionamiento la red Chinauta que permitió llevar el agua potable a este importante sector turístico de la ciudad (ESP E. , 2018).

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Imagen 6. Rio Barro Blanco.

Fuente: Autores.

EMSERFUSA E.S.P. tiene tres plantas de tratamiento, la planta Pekín (Imagen [7]) que tiene una cobertura del 45% del municipio con un aproximado a la fecha de 20.000 usuarios y la red de distribución surte la parte alta y media de Fusagasugá (EMSERFUSA E.S.P, 2018).

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Imagen 7. Planta Pekín.

Fuente: Autores.

La planta Pekín se localiza en la ciudad de Fusagasugá - Cundinamarca que se encuentra a 59 km de Bogotá. En la imagen [8] se observa la ubicación del Río Barro Blanco y/o Quebrada Filadelfia, donde se realiza la captación del sistema de acueducto de Fusagasugá. Se observa la captación del rio Barro Blanco en la imagen [9] que se encuentra ubicada dentro del perímetro de reserva natural del Páramo del Sumapaz.

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Imagen 8. Ubicación Rio Barro Blanco.

Fuente: (IGAC, 2018)

Imagen 9. Captación Río Barro Blanco.

Fuente: Autores.

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1.4 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.4.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

El acueducto de Fusagasugá presenta riesgos de falla en la línea de aducción debido a que el material de la tubería es Asbesto cemento, este material es rígido y con el movimiento del terreno puede presentar fisuras que generan fugas, y por consiguiente pérdidas técnicas en el sistema de acueducto. Esta información se obtuvo en la visita técnica realizada el día 22 de febrero del 2019 con el acompañamiento del funcionario encargado de la Empresa de Servicios Públicos de Fusagasugá (Emserfusa E.S.P) Ing. Sergio Lynetth, quien manifestó que en caso de que esta tubería fallara se presentaría un corte total para la zona, lo cual afectaría directamente las comunas Nor-oriental y Sur-oriental durante el período de tiempo que esta estructura dure en reparación, por lo cual, se debe replantear esta estructura de conexión entre la captación y el desarenador, con el fin de reducir el riesgo de falla de la misma con las consecuencias que esta tendría sobre la población servida. Adicionalmente el Ingeniero manifestó que las estructuras de captación y desarenador presentan condiciones físicas desfavorables debido a su antigüedad, asimismo, el aumento en la población ha generado una mayor necesidad del servicio, lo que conlleva a realizar un rediseño de las estructuras de acuerdo a la normativa legal vigente, la cual fue actualizada en el año 2017 a través de la resolución 0330 de 8 de junio del mismo año, de manera que en el presente trabajo se da solución a las necesidades de la comunidad anteriormente nombradas, teniendo en cuenta los nuevos parámetros establecidos en el marco legal del sector de agua potable y saneamiento básico.

1.4.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Qué medida se puede tomar con el fin de mejorar el sistema de acueducto de Fusagasugá?

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1.5 OBJETIVOS

1.5.1 Objetivo general

Plantear una alternativa de diseño de la captación aducción y desarenador del sistema de acueducto del municipio de Fusagasugá (Cundinamarca).

1.5.2 Objetivos específicos

● Realizar un diagnóstico hidráulico de las estructuras (captación, aducción, desarenador y línea principal de conducción) existentes del sistema de acueducto del municipio con el fin de determinar las condiciones actuales.

● Diseñar las obras hidráulicas (captación, aducción, desarenador y línea principal de conducción) para el funcionamiento adecuado del acueducto.

● Realizar la estimación del presupuesto directo de las estructuras de acuerdo con los requerimientos establecidos en los objetivos anteriores para la realización del proyecto.

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1.6 JUSTIFICACIÓN

La finalidad de un acueducto es suministrar de manera competente el beneficio de

agua potable, para la sociedad es un derecho de mayor importancia contar con un

plan de abastecimiento de agua que plazca sus necesidades, aunque el sistema de

acueducto de Fusagasugá presenta los siguientes inconvenientes:

Carencia de mantenimiento en las estructuras.

Las estructuras cumplieron su vida útil.

La población del municipio esta incrementado considerablemente.

Por estas razones se ve la necesidad de mejorar las primeras estructuras del

sistema de acueducto (Captación, Aducción, Desarenador y línea de conducción),

para que así se garantice unas estructuras en perfecto estado con las buenas

prácticas de acueductos, y de este modo suministrar de la mejor manera a los

usuarios los requerimientos de calidad, teniendo en cuenta que el acueducto se

encuentra en una zona en donde el desarrollo económico y social presenta un

aumento significativo.

Por medio del acuerdo 31 de 2005 el cual fue modificado por el acuerdo 04 de 27

de febrero del 2006, expedido por el consejo Directivo de la Corporación Autónoma

Región de Cundinamarca – CAR, se adquiereron los módulos de consumo para los

diferentes usos del recurso hídrico, en jurisdicción de la CAR, de conformidad con

el documento denominado “Estudio para la determinación de módulos de consumo

para el beneficio hídrico “ (CORPORACION AUTONOMA REGIONAL DE

CUNDINAMARCA- CAR, 2014).

Que el artículo 2 del mencionado Acuerdo, estableció que las zonas comprendidas

por las cuencas del Rio Magdalena, Rio Garagoa, Rio Guavio, Rio negro del oriente,

Rio Minero, Rio Negro y Rio Sumapaz que no fueron cubiertos por el estudio

“Estudio para la determinación de módulos de consumo para el beneficio hídrico”

se deberán homologar los resultados obtenidos en dicho estudio (CORPORACION

AUTONOMA REGIONAL DE CUNDINAMARCA- CAR, 2014).

Según la resolución 0300 del 7 de febrero del 2014 otorga a la EMPRESA DE

SERVICIOS PÚBLICOS DE FUSAGASUGA EMSERFUSA E.S.P, la concesión de

aguas superficiales para ser derivada de la fuente hídrica de uso público

denominada Quebrada Honda o Filadelfia la cual se encuentra localizada en las

coordenadas Norte: 976345, Este: 973773, y a una altitud de 2047 msnm, en los

29

términos que se establecen en la parte resolutiva de la presente providencia,

teniendo en cuenta la siguiente tabla:

Tabla 3 CUADRO RESUMEN: EJERCICIO CALCULO DE CAUDALES

REQUERIDOS UTILIZANDO MODULOS DE CONSUMO

FUENTE: CAR (Otorgado por la concesión EMSERFUSA E.S.P)

Conforme a lo establecido en el EOT del municipio de Pasca – Cundinamarca el sitio donde se verificará la captación para uso doméstico, se encuentra dentro de la zona de uso agrícola tradicional, y que consultado el POT del municipio de Fusagasugá, los sectores que pretender beneficiar con la planta de tratamiento de agua potable Pekín del municipio de Fusagasugá – Cundinamarca corresponden a las comunas nor-oriental y sur-oriental (CORPORACION AUTONOMA REGIONAL DE CUNDINAMARCA- CAR, 2014). El informe técnico OPSU No. 1004 del 9 de octubre de 2013, permitió establecer que la EMPRESA DE SERVICIOS PUBLICOS DE FUSAGASUGA EMSERFUSA E.S.P, solicito concesión de aguas superficiales para ser derivadas de la fuente hídrica de uso público denominada Rio Barro Blanco, por lo que esta corporación inicio el trámite encaminado a conceder un caudal proveniente de dicha fuente hídrica, sin embargo, la obra de captación se encuentra localizada aguas arribas de

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la unión de las Quebradas La Honda y los Chuscales, Específicamente sobre la margen izquierda de la Quebrada la Honda, localizada en la vereda providencia (CORPORACION AUTONOMA REGIONAL DE CUNDINAMARCA- CAR, 2014). Lo cual otorga a favor de la EMPRESA DE SERVICIOS PUBLICOS DE FUSAGASUGA EMSERFUSA E.S.P, en su calidad de ente prestador del servicio público de agua potable en el perímetro urbano de Fusagasugá, concesión de aguas superficiales para ser derivada de la fuente hídrica de uso público denominada Quebrada Honda o Filadelfia, localizada en las coordenadas Norte: 976345, Este: 973773 y a una altitud de 2047 msnm, la cual pertenece a la jurisdicción del municipio de Pasca- Cundinamarca, que proporcionara un caudal de 153.75 l.p.s, que alimentara la planta de tratamiento de agua potable Pekín, que suministrara un sector de la población urbana del municipio de Fusagasugá- Cundinamarca, lo cual conforme en la siguiente tabla:

Tabla 4 Caudal uso doméstico y total

Fuente: CAR (Otorgado por la concesión EMSERFUSA E.S.P)

La presente concesión de aguas tiene un término de vigencia de 10 años, el cual se empezará a contar a partir de la ejecutoria del presente acto, su prorroga se efectuará siempre y cuando la solicitud se realice dentro de los tres primeros meses de su último año de su vigencia, sea viable técnica y ambientalmente, y no existan razones de interés social o conveniencia publica que impida su otorgamiento (CORPORACION AUTONOMA REGIONAL DE CUNDINAMARCA- CAR, 2014).

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1.7 ALCANCE Y LIMITACIÓN

Imagen 10. Espacio Geográfico Municipio de Fusagasugá

Fuente: (MAPS, FUSAGASUGA, 2019)

Este proyecto tiene como alcance buscar el funcionamiento óptimo y condiciones necesarias para el acueducto de la población urbana del municipio de Fusagasugá (imagen 10), teniendo en cuenta los requisitos técnicos de la resolución 0330 del 2017 y la RAS en el título A (Aspectos generales de los sistemas de agua potable y saneamiento básico), de igual manera en el titulo B (Requisitos técnicos de los acueductos), considerando la planeación de un fuente de abastecimiento que logre cumplir y suministrar con la demanda requerida, el diseño y dimensionamiento de la bocatoma, canal de aducción, desarenador y conducción principal, es decir el diseño hidráulico, con el propósito de favorecimiento de la comunidad. Para el tratamiento de agua se realizarán preliminares de la planta, no se diseñará debido a que esta se encuentra en un buen estado, a la cual se le realizaran recomendación sobre la cantidad y calidad del agua, a su vez el trabajo será mancomunado con la comunidad del sector (Ver anexo 1).

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1.8 MARCO DE REFERENCIA

1.8.1 MARCO TEORICO

El proyecto tiene como base la resolución 0330 del 2017 expedida por el ministerio de vivienda (MINVIVIENDA, RESOLUCION 0330 , 2017) y la norma RAS 2000 expedida por el ministerio de vivienda (Vivienda, 2018), en cuanto a los ajustes técnicos que debe presenciar los acueductos en el trazado y elaboración. Se hará una rápida explicación de los elementos durante el proceso, tomando como base los títulos A y B.

Proyección de población La proyección de población se debe realizar en caso de que el sistema de acueducto no se pueda proyectar mediante una proyección de demanda o de suscriptores, esto se debe hacer cargo la dependencia de planeación y comercialización. (MINISTERIO DE VIVIENDA, 2014).

Censos de población

“Son aquellos datos que deben ser recolectados para el análisis demográfico y así poder tener los parámetros de crecimiento poblacional que son proporcionados por la entidad DANE (ECONOMICO, 2000)

Dotación pura “Corresponde al agua mínima retenida para abastecer las necesidades del suscriptor o de un habitante, dependiendo de la forma de proyección demandada de agua” (MINVIVIENDA, REGLAMENTO TECNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO, 2003).

Tabla 5. Dotación Pura Máxima por Habitante Según la Altura Sobre el Nivel del Mar

Fuente: (MINVIVIENDA, RESOLUCION 0330 , 2017)

Dotación bruta La resolución 0330 de 2017 dice que para el diseño de cada uno de los elementos se tiene que calcular dicha dotación para parte que establecer un acueducto.

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%P = desaprovechamientos admisibles máximas NOTA: Estos desperdicios no deben ser superiores al 25 %

Caudal medio diario “ Qmd, es el caudal calculado para la población proyectada. Corresponde al promedio de los consumos diarios en un período de un año y puede calcularse mediante la siguiente ecuación:” (Vivienda, 2018)

Caudal máximo diario

“Es el consumo máximo que pasa cuando transcurren las 24 horas, observando en una época de 12 meses, sin importar los casos como los incendios que se hayan presentado y se calcula de la siguiente manera:” (Vivienda, 2018)

“Dónde: k1: Es el coeficiente de consumo máximo diario que se obtiene de la relación entre el mayor consumo diario y el consumo medio diario, utilizando los datos registrados en una época mínima de doce meses.” (Vivienda, 2018)

Caudal máximo Horario “Consumo máximo durante una hora, observado en un período de un año, sin tener en cuenta las demandas contra incendio que se hayan presentado.” (Vivienda, 2018) Se calcula según la siguiente ecuación:

“Dónde:

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El coeficiente de consumo máximo horario k2 con relación al consumo máximo diario, puede calcularse, QMH y el QMD, registrados durante un período mínimo de 12 meses, sin tener en cuenta días en los que ocurran pausas relevantes en el servicio.” (Vivienda, 2018)

Periodo de diseño “El período de diseño debe fijar tanto las condiciones básicas del proyecto, como la capacidad de la obra para atender la demanda futura. El período de diseño también depende de la curva de demanda y de la programación de las inversiones, así como de la factibilidad de ampliación, de la tasa de crecimiento de la población, del comercio y la industria” (Vivienda, 2018)

● Caudal de diseño Para diseñar las estructuras hidráulicas de un acueducto es necesario calcular el caudal apropiado, para esto se debe tener en cuenta la población de diseño y los costos de la construcción de un acueducto para un caudal excesivo. (LOPEZ CUALLA R. , DISEÑO DE ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS, 2003)

Regularmente se trabaja con los siguientes tres caudales:

Caudal medio diario.

Caudal máximo diario.

Caudal máximo horario.

Bocatoma de fondo “Es una estructura hidráulica construida en la cabecera de un canal. La principal función es la de desviar y transportar el flujo que es captado de un cuerpo de agua, ya sea embalse o rio.” (NOVAK & MOFFAT, 2001)

Rejillas “La captación de aguas superficiales a través de rejillas se utiliza especialmente en los ríos de zonas montañosas, los cuales están sujetos a grandes variaciones de caudal entre los periodos de estiaje y los periodos de crecientes máximas. El elemento base del diseño es la rejilla de captación, la cual debe ser proyectada con barras transversales o paralelas a la dirección de la corriente.” (Vivienda, 2018)

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“Se deben tener en cuenta unos criterios para realizar el diseño de las rejillas, estos son: diámetro de la varilla, longitud de la rejilla, etc.” (CORCHO ROMERO & DUUE SERNA, 2005)

Línea de aducción “En un sistema de acueducto se entiende como línea de aducción a un conducto que transporta agua de la bocatoma hasta el desarenador este corresponde a un canal cerrado (tubería). ” (ESP E. D., 2006)

Desarenador “Un desarenador es un tanque cuya principal función es la de sedimentar ciertas partículas que se encuentran en un estado de suspensión por medio de la gravedad. Este es considerado un tratamiento primario que se hace al agua captada.” (LOPEZ CUALLA R. , ELEMENTOS DE DISEÑO PARA ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS, 2003)

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1.8.2 MARCO CONCEPTUAL

Estos son algunos conceptos que se van a utilizar para el desarrollo del proyecto:

Imagen 11: Marco conceptual del proyecto

FUENTE: Autores

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● ACUEDUCTOS Son conductos construidos artificialmente, los cuales se encargan de transportar el agua hacia un sitio especifico, donde facilita la adquisición de dicho recurso de una manera natural ya que estas estructuras son operadas a empuje atmosférica. “Entre las ventajas están la posibilidad de construcción con materiales locales disponibles, más duración que los conductos de metal y menor pérdida de capacidad hidráulica con el tiempo. Entre sus desventajas se encuentran, la necesidad de proveer la máxima capacidad inicialmente y la probabilidad de interferencia con el drenaje local” (MCGHEE, 1999).

● CONSUMO TOTAL Para calcular el caudal de diseño de un acueducto es necesario determinar el consumo total de agua o dotación bruta. El consumo se define como el volumen de agua utilizado por una persona en un día y se expresa en litros por habitante por día (L/hab*día). (LOPEZ CUALLA R. , DISEÑO DE ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS, 2003) La determinación del consumo total se hace por medio de datos estadísticos del consumo pasado y presente de la población. En el caso de no contar con esta información se puede basar en esta misma información de una población vecina con características similares. El consumo total de un municipio está dividido en el consumo neto y las pérdidas de agua en el sistema de acueducto. (LOPEZ CUALLA R, ELEMENTOS DE DISEÑO DE ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS, 2003)

● PERDIDAS DE AGUA Las pérdidas de agua en un sistema de acueducto se definen como la diferencia entre el volumen de agua producido y el volumen de agua utilizado por los usuarios. Las pérdidas totales se clasifican en pérdidas técnicas o físicas; tales como fugas en la red o en los tanques de almacenamiento y errores en la medición del consumo. Las pérdidas comerciales son debido a conexiones clandestinas y a deficiencias en la cobertura de la medición del consumo (LOPEZ CUALLA R, ELEMENTOS DE DISEÑO PARA ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS, 2003).

● ESTRUCTURAS DE CAPTACIÓN Se conocen con el nombre de obras de captación a las estructuras que se colocan directamente sobre las fuentes superficiales o subterráneas

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que se han seleccionado como económicamente utilizables para surtir una red de acueducto (ROMERO & SERNA, 2005). Los tipos de captación son esencialmente diferentes según su captación, ya sea las aguas de los ríos, manantiales, lagos, entre otros. (LOPEZ CUALLA R. A., 2003)

1.8.3 MARCO LEGAL

Con base a la normativa que se rige en Colombia y que se contempla en la optimización del sistema de captación, aducción y desarenador que hacen parte del sistema de acueducto de Fusagasugá y que abastece la planta Pekín, se tendrán en cuenta la resolución 330 de 2017, así como también los siguientes decretos:

a) Resolución 330 de 2017: Tiene por título Reglamento técnico para el sector de agua potable y saneamiento básico (Ras), derogando las resoluciones 1096 de 2000, 0424 de 2001,0668 de 2003,1459 de 2005,1447 de 2005 y 2320 de 2009; y como Objetivo reglamentar los requisitos que se deben cumplir, teniendo en cuenta las etapas de planeación, diseño, construcción, puesta en marcha, operación, mantenimiento y rehabilitación de la infraestructura. Así como también desarrolla estudios y diseños de un sistema de potabilización del agua, garantizando seguridad, durabilidad, funcionalidad, calidad, eficiencia y sostenibilidad. (MINVIVIENDA, RESOLUCION 0330 , 2017)

b) Decreto 1575 de 2007: Tiene por título Sistema para la protección de control de calidad del agua para el consumo humano, y como objetivo establecer sistemas para la protección y calidad del agua, con el fin de monitorear, prevenir y controlar los riesgos para la salud humana. (MINAMBIENTE, 2007)

c) Resolución 2115 de 2007: Tiene por título Características, instrumentos básicos, y frecuencias del sistema de control y vigilancia para la calidad del agua para consumo humano, y como objetivo establecer las características físicas, químicas y microbiológicas, con instrumentos básicos como índices de riesgo para la calidad del agua con respecto al consumo humano. (MINAMBIENTE, 2007)

d) Decreto No.849 de abril 30 de 2002: El objetivo del presente decreto reglamentario es definir los requisitos que deben cumplir los Municipios y distritos en materia de agua potable y saneamiento básico, y los procedimientos que deben seguir dichos entes y la superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios, SSPD, para la expedición de la certificación que permita el cambio de la destinación de los recursos que la Ley 715 de 2001 ha estipulado inicialmente para el desarrollo y ejecución de las competencias asignadas en agua potable y saneamiento básico, así como

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la definición de las obras elegibles a ser financiadas con dichos recursos. (MINISTERIO DE DESARROLLO ECONOMICO, 2002)

e) Resolución No. 1096 del 17 de noviembre de 2000: Esta normativa tiene por finalidad verificar las obligaciones técnicas que deben acreditar los elementos, que correspondientes al Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico. (MINISTERIO DE DESARROLLO ECONOMICO, 2000)

1.8.4 ESTADO DEL ARTE

Para el desarrollo de este proyecto se encontraron las siguientes investigaciones cuyos enfoques son similares. 1. Ene-2016

Garcés José, C. D. (2016). Diagnóstico técnico del acueducto urbano del municipio de Quipile Cundinamarca. Trabajo de Grado. Universidad Católica de Colombia. Facultad de Ingeniería. Programa de Ingeniería Civil. Bogotá. Director: Ingeniero Torres Quintero, Jesús Ernesto.

En este estudio se identificó que acueducto urbano del municipio de Quipile Cundinamarca presenta inconvenientes, en cuanto a calidad y continuidad en el sistema, el sistema de tratamiento existente no cumple en algunas estructuras con los parámetros establecidos por la norma RAS-2000. Para encontrar cada uno de los problemas que conllevan a que el acueducto no funcione correctamente y por ende que la calidad del agua no sea óptima para el consumo humano, es necesario realizar un diagnóstico técnico de cada una de las estructuras que conforman el sistema de acueducto, desde la captación hasta el tratamiento del agua que posea. El proyecto se centraliza en la realización del diagnóstico técnico, el cual describe cada una de las estructuras que conforman el sistema de acueducto. (ESCAMILLA GARCES, 2016)

2. Nov-2016 Pulido Muñoz, H. S. & Carrillo Bernal, M. F. (2016). Diseño hidráulico de una planta de potabilización de agua en la Vereda de San Antonio de Anapoima. Trabajo de Grado. Universidad Católica de Colombia. Facultad de Ingeniería. Programa de ingeniería Civil. Bogotá, Colombia Director: Ingeniero Obando Garnica, Edgar.

En el proyecto se plantea una solución enfocada a mejorar la calidad de vida de la comunidad. Se ve la necesidad de la construcción de una Planta de Potabilización con todos los parámetros que indica la norma utilizada en este caso las RAS2000. Se analizó el nivel de complejidad y un estudio en el agua con la que se va a abastecer la planta, seguido de esto se analizó cuáles son los mecanismos

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necesarios en el proceso de tratamiento para que arroje unos resultados positivos y dar por terminada esta necesidad sufrida por la población. (PULIDO MUZ & CARRILLO BERNAL, 2016)

3. Jun-2017 Cruz Alfonso, J. C. & Sánchez Carvajal, M. Y. (2017). Diagnóstico y optimización de la planta de tratamiento de agua potable en el municipio de Miraflores - Boyacá. Trabajo de Grado. Universidad Católica de Colombia. Facultad de Ingeniería. Programa de Ingeniería Civil. Bogotá, Colombia Director: Ingeniero Córdoba Romero, Henry Alberto.

En este proyecto se realizó una evaluación eficaz del estado actual de la planta de tratamiento de agua potable (PTAP) existente en Miraflores Boyacá, por lo que se hizo necesario ejecutar una comparación de cada elemento estructural dispuesto en la planta con respecto a un nuevo diseño propuesto, el cual tiene como finalidad mejorar la planta existente y suplir a una población proyectada para el año 2042. (CRUZ ALFONSO & SANCHEZ CARVAJAS, 2017)

4. Nov-2017

Arboleda Triviño A.F & Ruiz corredor B.A (2017). Diagnóstico y mejoramiento del sistema de acueducto del municipio de Mesitas de colegio (Cundinamarca). Trabajo de Grado. Universidad Católica de Colombia. Facultad de ingeniería. Programa de ingeniería Civil. Bogotá, Colombia director: Ingeniero Hernández Torres, Guillermo

En este proyecto se generó un plan de mejoramiento del sistema de acueducto del municipio de mesitas por lo que se hizo necesario un diagnóstico del funcionamiento actual del sistema de acueducto el cual tiene como finalidad ayudar a la comunidad. (ARBOLEDA TRIVIÑO & RUIZ CORREDOR, 2017)

5. May-2018 Cubillos Pinzón L.A & Naranjo García J.A (2018). Diseño hidráulico de obras civiles para la captación y tratamiento de agua cruda del sistema de acueducto centro poblado la magdalena municipio de Quebradanegra, Cundinamarca Trabajo de Grado. Universidad Católica de Colombia. Facultad de Ingeniería. Programa de Ingeniería Civil. Bogotá, Colombia Director: Ingeniero Córdoba Romero, Henry Alberto.

En este proyecto se plantea una alternativa de diseño para la captación gestión y uso múltiple de agua para el centro Poblado La Magdalena Municipio de Quebrada negra (Cundinamarca) por medio de un estudio hidrológico de la zona de influencia del municipio. (CUBILLOS PINZON & NARANJO GARCIA, 2018)

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METODOLOGÍA

Se plantea la mejora del sistema de acueducto de la siguiente forma:

Imagen 12. Mejoramiento de un Sistema de Acueducto

Fuente: Autores.

En la Imagen [12] se puede observar una descripción general de cómo se realizó el diagnóstico, rediseño y evaluación que esto conlleva para la mejora del sistema de acueducto: captación, aducción, desarenador y línea principal de conducción de la planta Pekín del municipio de Fusagasugá. El trabajo se solucionó en:

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Fase 1

Se realizó una visita técnica al municipio, a la planta y a entidades gubernamentales (DANE, CAR, Emserfusa E.S.P), las cuales permitirán recopilar la siguiente información necesaria:

● Tipo de captación ● Características del sistema de aducción ● Características del tanque Des ● Características línea conducción principal

● Recopilación de censos ● Recopilación de Caudales

Asimismo, se dialogó con los representantes de las comunas implicadas para la descripción del problema y la comunicación del trabajo.

Fase 2

Se realizó el diagnóstico físico de las estructuras existentes (captación, aducción, desarenador y línea principal de conducción).

Fase 3

En esta fase lo que se busco fue una alternativa para mejorar el acueducto que existe actualmente en el municipio, por medio del re-diseño de las estructuras hidráulicas, se realizaron los diseños pertinentes para cada una de las estructuras, que componen el sistema de acueducto desde la captación hasta el desarenador, determinando los parámetros hidráulicos según la normatividad del Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico (RAS).

Fase 4

Se efectuó la evaluación y la modelación de la línea de aducción con ayuda de un software (Epanet) en el cual se observó el comportamiento de la tubería antigua y la propuesta. Fase 5 Una vez finalizado los diseños se realizó un presupuesto de las estructuras hidráulicas, el cual nos dio un valor aproximado de dinero que se requiere para la continuación de la obra.

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2. DIAGNÓSTICO DE LAS ESTRUCTURAS

Según la visita técnica realizada el 22 de febrero de 2019 (Ver Anexo 2), se realizó el diagnóstico general de las estructuras bocatoma, línea de aducción, desarenador y línea principal de conducción, donde se evaluó individualmente su aspecto físico.

2.1 DIAGNÓSTICO DE LA BOCATOMA DE FONDO

2.1.1 Diagnóstico Hidráulico.

Durante la visita se realizó una verificación de medidas junto con los planos

existentes, donde se identifican las características estructurales correspondientes a

la bocatoma, en ellas se resaltan los parámetros de diseño que presentan un

sobredimensionamiento partiendo del caudal que es captado por la empresa de

servicios públicos Emserfusa E.S.P

Actualmente, la empresa prestadora del servicio capta 195 l/s, siendo este un caudal

de bajo abastecimiento para las dimensiones de la estructura que cuenta con las

siguientes medidas:

Tabla 6. Dimenciones Existentes de la Bocatoma

BOCATOMA

ELEMENTO EXISTENTE

PARAMETROS DE DISEÑO

CAUDAL 195 l/s

ANCHO DEL RIO 8 m

ANCHO DE LA PRESA 7 m

REJILLA

LONGITUD 7 m

ANCHO DE LA REJILLA 1,1, m

CANAL DE ADUCCIÓN

ESPESOR MURO 0,30 m

BORDE LIBRE 0,15 m

ANCHO CANAL DE ADUCCIÓN 1,1, m

ALTURA DE LOS MUROS 0,45 m

CÁMARA DE RECOLECCIÓN

LONGITUD CÁMARA DE RECOLECCIÓN

1,4 m

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ANCHO CÁMARA DE RECOLECCIÓN

1,2 m

MUROS DE CONTECIÓN

ALTURA MUROS DE CONTENCIÓN

1,2 m

Fuente: Autores.

En la tabla anterior se identifica que en la sección de la cámara de recolección la

longitud no cumple con los parámetros establecidos según la resolución 0330 de

2017, puesto que la medida mínima debe ser de 1,5 m por parámetros de

mantenimiento es necesaria dicha longitud.

En los elementos como lo son la rejilla, canal de aducción y muros de contención

presentan unas medidas que cumplen con lo establecido según la RAS 2000 y la

resolución 0330 de 2017, pero estas medidas presentan un sobredimensionamiento

para el caudal actual.

2.1.2 Diagnóstico Físico

Rejilla

En la imagen [13] se evidencia el mal estado en el que se encuentra la rejilla de la bocatoma que abastece las zonas Nor-oriental y Sur-oriental del municipio, las cuales son directamente damnificadas, debido a que la rejilla presenta una falta de segmentos lo que ocasiona el paso de sedimentos de gran tamaño.

Haciéndose notoria la falta de mantenimiento (imagen [14]), que debido al difícil acceso que presenta la zona donde está ubicada la captación, se evidencia que las partículas de gran tamaño que transporta el río, causan que la rejilla pierda su vida útil mucho más rápido, generando que estos sedimentos provoquen que los tornillos que sostienen la rejilla se suelten y por otra parte generan fisuras en las paredes.

45

Imagen 13. Rejilla de Captación.

Fuente: Autores.

46

Imagen 14. Residuos de la Rejilla por Falta de Mantenimiento.

Fuente: Autores.

47

Paredes de contención

Las paredes de la estructura de captación (Bocatoma) presentan un debilitamiento por la falta de mantenimiento, generando fisuras únicamente en la zona de la compuerta de entrada que se encuentra aguas abajo de la rejilla, generando que la altura de estas paredes no sea la adecuada, por otro lado, las paredes ubicados aguas arriba se encuentran en buen estado lo que generaría una reducción económica para la nueva estructura imagen 15.

Imagen 15. Paredes de Contención de la Bocatoma.

Fuente: Autores.

48

Compuerta

La compuerta presenta fallas estructurales en su marco como muestra la imagen [16], lo cual se debe a que el material de la compuerta no es el más indicado para resistir algunos golpes que se pueden presentar durante el trascurso de grandes sedimentos, en la imagen se nota como por culpa de la erosión la compuerta ha perdido adherencia a la pared lo que implica que la cantidad de agua captada no sea la indicada según los cálculos y de esta manera no controla el ingresa de sedimentos u otros objetos que se puedan encontrar en el sistema.

Imagen 16. Fallas de la compuerta Bocatoma – Aducción.

Fuente: Autores.

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2.2 DIAGNÓSTICO DE LA LÍNEA DE ADUCCIÓN Y CONDUCCIÓN

2.2.1 Diagnóstico Hidráulico.

La línea de aducción del sistema es óptima puesto que no presenta ningún tipo de

incumplimiento según los parámetros mínimos que se estipulan en la RAS 2000 y/o

resolución 0330 de 2017, describiendo los elementos de la línea de aducción de la

siguiente manera:

Tabla 7. Dimensiones Existentes de la Línea de Aducción.

LÍNEA DE ADUCCIÓN

ELEMENTO ESCENARIO

1

CAUDAL 195 l/s

LONGITUD 25 m

PENDIENTE 3,50%

DIAMETRO TUBERIA ASBESTO CEMENTO COMERCIAL

12"

RUGOSIDAD 0,011

Fuente: Autores.

Según la tabla anterior se identifica que el sistema cuenta con una longitud,

pendiente y diámetro óptimo para el caudal existente, sin embargo, presenta una

problemática la cual es el tipo de material en la que se encuentra constituido el

sistema, puesto que es un material prohibido por la ley 1968 del 2019.

Asimismo, cuando se habla de la línea de conducción, cumple con los parámetros

mínimos de la resolución 0330 de 2017 en cuanto a longitudes y presiones, pero

como en la línea de aducción también se encuentra el asbesto cemento como

material del sistema, que aparte de ser prohibido por la ley es un material obsoleto

para ser implementado en un sistema de acueducto.


La línea de aducción actualmente se encuentra en asbesto cemento con un diámetro de 12 pulgadas, en donde la vida útil de esta tubería por sus materiales no es tan prolongada como con otros, se evidencia junto a la comunidad que cuando el rio incrementa su cauce esta tubería muestra excesos de agua, el cual nos hace

50

pensar que tiene perforaciones por donde se expulsan estos excesos generando que el agua se pose por varios días cuando llueve en grandes cantidades.

2.3 DIAGNOSTICO DEL TANQUE DESARENADOR

2.3.1 Diagnóstico Hidráulico

Los parámetros de diseño del tanque desarenador cuentan con un porcentaje de

aceptación según la resolución 0330 de 2017 bastante alto, pero presentan

falencias en cuanto a la relación de dimensiones, puesto que la relación existente

es de 6:1 y según la norma debe ser 4:1 explicando que el tanque tiene un

sobredimensionamiento de manera inadecuada.

A continuación, se observan las dimensiones existentes del tanque desarenador:

Tabla 8. Dimensiones Existentes del Tanque Desarenador.

DESARENADOR

ELEMENTO ESCENARIO

1

CAUDAL 195 l/s

NUMERO DE MODULOS 3

GRADO DESARENADOR 1

PARAMETROS DE SEDIMENTACIÓN

VOLUMEN DEL TANQUE 504 m3

AREA SUPERFICIAL DEL TANQUE 126 m2

ANCHO DEL TANQUE 4,5 m

VERTEDERO DE SALIDA

ALTURA DE VERTEDERO DE SALIDA 0,10 m

LONGITUD VERTEDERO DE SALIDA 0,60 m

BORDE LIBRE 0,20 m

PANTALLA DE SALIDA

PROFUNDIDAD 2 m

DISTANCIA AL VERTEDERO DE SALIDA 1,33 m

PANTALLA DE ENTRADA

PROFUNDIDAD 2 m

DISTANCIA A LA CÁMARA DE AQUIETAMIENTO 4,5 m

51

ALMACENAMIENTO DE LODOS

PROFUNDIDAD 4,5 m

PENDIENTE TRANSVERSAL 17.82%

PENDIENTE LONGITUDINAL EN L/3 13.11 %

PENDIENTE LONGITUDINAL EN 2L/3 5.56%

CAMARA DE AQUIETAMIENTO

PROFUNDIDAD 1,50 m

ANCHO DEL TANQUE 1,81 m

LARGO 3,50 m

Fuente: Autores.

Otra falencia importante que se destaca en el tanque desarenador es la pendiente

longitudinal en 2L/3 pues la resolución 0330 de 2017 dice que las pendientes del

almacenamiento de lodos deberán ser mayores al 10% y esta no cumple con el

parámetro mínimo.


Paredes del desarenador:

En el desarenador encontramos que las paredes que contienen el agua presentan desprendimiento de partículas del material en que se encuentran, lo que disminuye la vida útil de estas paredes generando filtraciones subterráneas y desbordamientos, por otra parte, este tanque desarenador de la imagen [17] nos demuestra que el no tener un techo o una cubierta que proteja el tanque permite el ingreso de objetos u animales no permitidos y de igual manera cuando se presentan grandes precipitaciones el desbordamiento de este.

52

Imagen 17. Tanque Desarenador.

Fuente: Autores.

53

Pantallas de perforación:

Se observó que las tres (3) pantallas de perforación sufren taponamientos debido a materiales no habituales como hojas, animales muertos y residuos de basura, que ocasionan que el flujo de agua no transcurra de manera óptima, en la imagen 18 se muestra una pantalla de perforación que contiene agua de color turbio por la falta de mantenimiento.

Imagen 18. Pantallas de Perforación.

Fuente: Autores.

Las escaleras de gato evidenciadas en la imagen 19 necesitan un cambio de barrotes debido a que ya cumplieron su vida útil y por permanecer en agua ha hecho que estas se desprendan generando así una labor tediosa a la hora de remover residuos de materia vegetal u orgánica.

54

Imagen 19. Escaleras de Gato en el Desarenador.

Fuente: Autores.

55

Válvulas de compuerta:

Estas válvulas que en su totalidad son ocho (8), se encuentran en un estado de abandono, en donde se detalló que solamente cuatro (4) de estas están completas con todos sus accesorios, las restantes presentan una insuficiencia debido a la falta de accesorios que no permiten la operación de estas compuertas como se evidencia en la imagen 20

Imagen 20. Vástago del Módulo.

Fuente: Autores.

56

3. ALTERNATIVA DE MEJORAMIENTO Y RE-DISEÑO DE LAS ESTRUCTURAS

3.1 ALTERNATIVA DE MEJORAMIENTO

Para mejorar el acueducto que existe actualmente en el municipio de Fusagasugá, se necesita hacer un re-diseño de cada uno de los componentes que forma el sistema, desde la bocatoma hasta la línea de conducción

se propone la mejora del acueducto que existe hoy en día mediante los Siguientes cálculos:

Proyecciones poblacionales. Bocatoma. Línea de aducción. Desarenador. Línea principal de conducción

3.2 PROYECCIONES POBLACIONALES

El diseño de un acueducto se inicia con unos factores que estiman la población a la que se le está realizando el estudio, partiendo de este argumento lo primero a realizar es una proyección poblacional por medio de los tres métodos que se encuentran en la norma RAS 2000 en la sección del título B, por consiguiente, los cálculos obtenidos por los tres métodos son:

Método lineal o aritmético Método geométrico Método exponencial

Para iniciar con el diseño se deben obtener los datos de los censos más recientes, en este caso se utilizaron los censos que nos proporciona el DANE 1985-1993-2005 del municipio de Fusagasugá (Cundinamarca).

Tabla 9. Censo vs Habitantes

CENSO HABITANTES

1985 47485

1993 57915

2005 85008

Fuente: Autores.

3.2.1 Método lineal o aritmético

Este método se usa frecuénteme en poblaciones que presentan un crecimiento constante que a través del tiempo tienden a ser lineal.

57

𝑃𝑎ñ𝑜𝑝𝑟𝑜𝑦 = 𝑃𝑢𝑙𝑡𝑖𝑚𝑜 𝑐𝑒𝑛𝑠𝑜 + 𝑟(𝑇𝑝𝑟𝑜𝑦 − 𝑇𝑢𝑙𝑡𝑐𝑒𝑛𝑠𝑜) [1]

Para calcular r se realiza el despeje correspondiente en donde la ecuación final quedaría:

𝑟 =𝑃𝑎ñ𝑜𝑝𝑟𝑜𝑦 − 𝑃𝑢𝑙𝑡𝑖𝑚𝑜𝑐𝑒𝑛𝑠𝑜

𝑇𝑝𝑟𝑜𝑦 − 𝑇𝑢𝑙𝑡𝑐𝑒𝑛𝑠𝑜 [2]

A continuación, se presentan los cálculos realizados:

Rata poblacional para 1985-1993:

𝑟 =57915 − 47485

1993 − 1985

𝑟 = 1304 ℎ𝑎𝑏/𝑎ñ𝑜

Rata poblacional para 1993-2005:

𝑟 =85008 − 57915

2005 − 1993

𝑟 = 2258 ℎ𝑎𝑏/𝑎ñ𝑜

Rata poblacional promedio:

𝑟𝑝𝑟𝑜𝑚 = (1304 ℎ𝑎𝑏

𝑎ñ𝑜+ 2258

ℎ𝑎𝑏

𝑎ñ𝑜)/2

58

𝑟𝑝𝑟𝑜𝑚 = 1781 ℎ𝑎𝑏

𝑎ñ𝑜

Al realizar el ajuste en la estimación de la población, es necesario comparar la población de diseño obtenida con la población proyectada, según la imagen [21] la población estimada para el año 2019 en el municipio de Fusagasugá es de 117019 habitantes.

Imagen 21. Proyecciones de Población Municipales por Área.

Fuente: (DANE, 2005)

A continuación, se realiza el ajuste a la población de estudio:

Este ajuste se realizará con la rata poblacional promedio ( )

𝑃2019 = 85008 + 1781 ( 2019 − 2005)

𝑃2019 = 109939 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠

Este ajuste se realizará con la rata poblacional entre 1993 y 1985( )

𝑃𝑎ñ𝑜𝑝𝑟𝑜𝑦 = 𝑃𝑢𝑙𝑡𝑖𝑚𝑜𝑐𝑒𝑛𝑠𝑜 + 𝑟1993−1985(𝑇𝑝𝑟𝑜𝑦 − 𝑇𝑢𝑙𝑡𝑐𝑒𝑛𝑠𝑜)

59

𝑃2019 = 85008 + 1304 ( 2019 − 2005)


Este ajuste se realizará con la rata poblacional entre 2005 y 1993( )

𝑃2019 = 85008 + 2258 ( 2019 − 2005)


Se concluyó que el mejor ajuste es aquel que se obtuvo con la rata poblacional entre los años 2005 y 1993.

3.2.2 Método geométrico

Se aplica a cuyas poblaciones presentan un incremento en su dinámica poblacional, en aquellas regiones que no presentan ningún inconveniente en sus actividades económicas.

𝑃𝑝𝑟𝑜𝑦 = 𝑃𝑢𝑙𝑡𝑖. 𝑐𝑒𝑛𝑠𝑜(1 + 𝑟)𝑇𝑝𝑟𝑜𝑦−𝑇𝑢𝑙𝑡𝑖.𝑐𝑒𝑛𝑠𝑜 [3]

Siguiendo el proceso de la resolución 0330 de 2017, la estimación de la población para el acueducto de Fusagasugá se realizó con los cálculos que esta solicita para hacer la comparación de las proyecciones con el DANE: Rata poblacional para 1985-1993:

𝑟 =(𝑃1993)

(𝑃1985)

(1

𝑇1993−𝑇1985)

− 1 [4]

𝑟 =(57915)

(47485)

(1

𝑇1993−𝑇1985)

− 1

𝑟 = 0.02513 𝐻𝑎𝑏

𝑎ñ𝑜

60

Rata poblacional para 1993- 2005:

𝑟 =(85008)

(57915)

(1

𝑇2005−𝑇1993)

− 1

𝑟 = 0.03249 𝐻𝑎𝑏

𝑎ñ𝑜

Rata poblacional promedio:

𝑟𝑝𝑟𝑜𝑚 = ( 0,02513 𝐻𝑎𝑏

𝑎ñ𝑜+ 0.03249

ℎ𝑎𝑏

𝑎ñ𝑜) /2

𝑟 = 0.02881𝐻𝑎𝑏

𝑎ñ𝑜

𝑃2019 = 85008 ( 1 + 0.02513)2019−2005 = 120327.53 ℎ𝑎𝑏

𝑃2019 = 85008 (1 + 0,03244)2019−2005 = 133003.09 ℎ𝑎𝑏

𝑃2019 = 85008 (1 + 0,02881)2019−2005 = 126517.98 ℎ𝑎𝑏

De igual manera al método anterior, se realizó el ajuste correspondiente al método geométrico, en donde se concluyó que para la población del año 2019 de acuerdo con las proyecciones del DANE el mejor ajuste es aquel que se obtiene en la rata poblacional para los años de 1985 a 1993.

3.2.3 Método exponencial

Para realizar este método es necesario tener como mínimo tres censos, para poder determinar la población, la proyección se hace por medio del promedio de la rata poblacional.

61

Continuando con los procedimientos anteriores de la población de estudio para el acueducto del municipio de Fusagasugá se realizó el ajuste para hacer su respectiva comparación con las proyecciones proporcionadas por el DANE:

𝑃𝑝𝑟𝑜𝑦 = 𝑃𝑢𝑙𝑡𝑐𝑒𝑛𝑠𝑜 ∗ 𝑒𝑟(𝑇𝑝𝑟𝑜𝑦−𝑇𝑢𝑙𝑡𝑐𝑒𝑛𝑠𝑜) [5]

Para calcular r se realiza el despeje correspondiente en donde la ecuación final

quedaría:

𝑟 =𝑙𝑛 (

𝑃𝑝𝑟𝑜𝑦𝑃𝑢𝑙𝑡𝑐𝑒𝑛𝑠𝑜

)

𝑇𝑝𝑟𝑜𝑦 − 𝑇𝑢𝑙𝑡𝑐𝑒𝑛𝑠𝑜 [6]

𝑟 =𝐿𝑛 (

5791547485

)

1993 − 1985

𝑟 = 0.02482 ℎ𝑎𝑏

𝑎ñ𝑜

𝑟 =𝐿𝑛 (

8500857915

)

2005 − 1993

𝑟 = 0.03198 ℎ𝑎𝑏

𝑎ñ𝑜

𝑟𝑝𝑟𝑜𝑚00.02482ℎ𝑎𝑏

𝑎ñ𝑜+ 0.03198

ℎ𝑎𝑏

𝑎ñ𝑜

𝑟𝑝𝑟𝑜𝑚 = 0.0284

62

2019 = 85008 ℎ𝑎𝑏 ∗ 𝑒0,02482(2019−2005) = 120329 ℎ𝑎𝑏

2019 = 85008 ℎ𝑎𝑏 ∗ 𝑒0,03198(2019−2005) = 133016 ℎ𝑎𝑏

2019 = 85008 ℎ𝑎𝑏 ∗ 𝑒0,0284(2019−2005) = 126514 ℎ𝑎𝑏

El mejor ajuste para la población del año 2019 de acuerdo con las proyecciones suministradas por el DANE es el obtenido para los años de 1985 y 1993.

Se realizaron los ajustes mediante el programa Microsoft Excel de los tres métodos con los cuales se complementó la información de las proyecciones para esto se realizaron las gráficas para obtener un modelo con el cual se realizaron los cálculos correspondientes a la hora de diseñar y re-diseñar las estructuras hidráulicas.

Gráfica 1. Proyección Mediante el Método Lineal. (Población vs año)

Fuente: Autores.

Gráfica 2. Proyección Mediante el Método Geométrico. (Población vs año)

R² = 0,9922

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025

PO

BLA

CIO

N

AÑO

METODO LINEAL

63

Fuente: Autores.

Gráfica 3. Proyección Mediante el Método Exponencial. (Población vs año)

Fuente: Autores.

En la Tabla [7] se encuentra el método con la población actual y con la rata poblacional más precisa a la hora de diseñar.

4748557915

85008

120328

R² = 0,9987

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025

PO

BLA

CIO

N

AÑO

METODO GEOMETRICO

R² = 0,9946

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

1980 1990 2000 2010 2020 2030

PO

BLA

CIO

N

AÑO

METODO EXPONENCIAL

64

Tabla 10. Método, Población y Pata Poblacional.

MÉTODO POBLACIÓN ACTUAL 𝑟2

Lineal 116617 0,9922

Geométrico 120328 0,9987

Exponencial 120329 0,9946

Fuente: Autores.

Para la rata poblacional:

𝑟 = 0,02513

𝑃2044 = (120328(1 + 0,02513))(2044−2019)


Debido a que la planta Pekín suministra al 45% de la población, se obtiene el porcentaje correspondiente a la población hallada anteriormente:

45% 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 = 223790 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 ∗ 0,45

Siendo así:

45% 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 = 100706 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠

Dotación pura

Para hacer un estimado de la dotación a usar, como dato de diseño para el acueducto se tomó 130 / de acuerdo a la altitud a la que se encuentra la población, este valor se tomó de la siguiente tabla:

65

Tabla 11. Dotación pura máxima por habitante según la altura sobre el nivel del mar de la zona atendida.

Fuente: (MINVIVIENDA, RESOLUCION 0330 , 2017).

Cálculo de caudales:

Según la tabla anterior, la dotación pura para municipio de Fusagasugá que se encuentra entre 1000-2000 m.s.n.m es de:

Dotación Bruta:

Establecida la dotación pura, se calcula la dotación bruta que según el artículo 44 de la Resolución 0330 de 2017, es el máximo de agua que se requiere para satisfacer las necesidades básicas de un habitante, por tanto, para realizar su cálculo se utiliza la siguiente fórmula:

𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 =𝑑𝑛𝑒𝑡𝑎

1 − 0,25 [7]

Donde:

dbruta:Dotación bruta dpura: Dotación pura

%p: Porcentaje de pérdidas técnicas máximas para diseño

Tomando como % de pérdidas 25% que es máximo permitido por la normatividad, se obtiene el siguiente resultado:

66

Caudal medio diario (Qmd):

Es el promedio obtenido de un registro de 12 meses y es la principal estimación del QMD y QMH,Este caudal expresado en litros por segundo se obtiene así:

𝑄𝑚𝑑 =𝑝𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 ∗ 𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎

86400 [8]

𝑄𝑚𝑑 =100706 ℎ𝑎𝑏 ∗ 173,33

𝑙ℎ𝑎𝑏 ∗ 𝑑𝑖𝑎

86400

𝑄𝑚𝑑 = 202,03 𝑙

𝑠

Caudal máximo diario (QMD):

Es la demanda máxima que se presenta en un día del año. En otras palabras, representa el día de mayor consumo en el año y se calcula según la siguiente exempuje:

𝑄𝑀𝐷 = 𝑄𝑚𝑑 ∗ 𝑘1 [9]

Siendo así:

𝑄𝑀𝐷 = 202,03𝑙

𝑠∗ 1,3

𝑄𝑀𝐷 = 262,63𝑙

𝑠

Caudal máximo horario (QMH):

Corresponde a la demanda máxima que se presenta en una hora durante un año completo, y en general se determina como:

𝑄𝑀𝐻 = 𝑄𝑀𝐷 ∗ 𝑘2 [10]

Siendo así:

67

𝑄𝑀𝐻 = 262,63𝑙

𝑠∗ 1,6

𝑄𝑀𝐻 = 420,21𝑙

𝑠

Nota. Los coeficientes de diseño K1 y K2 se tomaron de la resolución 0330 del 8 de junio del 2017, donde se expone que de acuerdo a la población proyectada estos coeficientes no podrán superar unos valores máximos y que para el desarrollo.

3.3 DISEÑO HIDRÁULICO DE LAS ESTRUCTURAS

El diseño hidráulico consiste en elaborar cada uno de los componentes del sistema de acueducto desde la captación hasta el desarenador, es importante destacar que el periodo de diseño para estas estructuras según el artículo 40 de la resolución 0330 de 2017 es de 25 años.

Los diseños de las estructuras en mención se encuentran a continuación

3.3.1 ESCENARIO 1

El siguiente escenario fue diseñado mediante la información proporcionadas por la empresa de servicios públicos Emserfusa y por las medidas tomadas en el campo, y teniendo como base principal la información de la concesión del río.

BOCATOMA

A continuación, se exponen los resultados correspondientes a una bocatoma de fondo:

Caudal de diseño (Qdiseño):

Según la tabla 3 el caudal de la concesión es de 153,75𝑙

𝑠 el cual se utiliza como

caudal de diseño para captación en fuente superficial.

Información previa

Ciclo de diseño: 25 años (según artículo 40 de la resolución 0330 de 2017).

Población de diseño (2044): 100706 habitantes.

Caudal de diseño: 153,75 l/s

Espacio del río: 8.0 metros

68

Diseño de una presa

Según lo medido en campo, se tomó un espacio de rio de 7.0 metros.

La Hoja de agua en condiciones de diseño es de:

𝐻 = (𝑄

1.84 ∗ 𝐿)

23 [11]

𝐻 = (0,15375 𝑚3/𝑠

1,84(7,0 𝑚))

23

𝐻 = 0,0522𝑚

La bocatoma presenta dos contracciones por este hecho se hace una corrección por vertimiento

𝐿′ = 𝐿 − 0.2𝐻 [12]

𝐿′ = 7 − 0.2(0,0522)

Vel del río encima la presa

𝑉 =𝑄

𝐿′𝐻 [13]

𝑉 =0,15375 𝑚3/𝑠

6,98 ∗ 0,0522𝑚

𝑉 = 0.42𝑚

𝑠

Se observa que la vel del río sobre la presa cumple con lo establecido en la

resolución 0330 de 2017 que es 0,3m/s ≤ Vr ≤ 3,0m/s

69

La Vel del río sobre la presa está en el rango de 0,3 m/s< 0,42m/s<3,0 ms/ es decir que la vel obtenida cumple.

Solución de la rejilla y canal de aducción

El canal de aducción (B) tiene una amplitud el cual se calcula a partir de la ecuación del alcance de chorro máximo.

𝑋𝑠 = 0.36 (𝑉𝑟)23 + 0.60(𝐻)

47 [14]

Donde:

Es = Al borde superior.

Vr = Vel rio (0,42 m/s).

H = Prof de la Hoja encima la presa (0,0522 m).

Solucionando:

𝑋𝑠 = 0.36 (0,42)23 + 0.6(0,0522)

47

𝑋𝑠 = 0,31 𝑚

El alcance al borde inferior se calculó mediante la siguiente ecuación:

𝑋𝑖 = 0.18 𝑉𝑟

23 + 0.74𝐻

34 [15]

Donde:

Xi = Alcance borde inferior.

Vr = Vel de la garganta (0,42 m/s).

H = Prof de la Hoja encima de la presa (0.0522 metros).

Resolviendo:

𝑋𝑖 = 0.18 (0.42)23 + 0.74(0,0522)

34

𝑋𝑖 = 0,19 𝑚

70

Para el holgado del canal:

Donde:

B = Holgado del canal de aducción.

Xs = Dist borde superior (0,31 m).

Solucionando:

𝐵 = 0,31 + 0,10

𝐵 = 0,41 𝑚

Siendo así por semejanza se acogió una amplitud de rejilla y del conducto de aducción de 0,45 metros.

Longitud rejilla y número de orificios

Se adquieren barrotes de ¾” (0,0191 m) con una diferencia de 5 cm entre ellos, de igual manera una constante K de 0.9 de flujo paralelo y se supone una vel de barrotes de 0.2 m/s, Se calcula el área pura con la siguiente ecuación:

Donde:

An = Área pura de la rejilla.

Vb = Vel en medio de barrotes (0.2 m/s).

Q = Caudal de diseño (0.15375 m3 /s).

Solucionando:

𝐴𝑛 =0,15375

𝑚3

𝑠

0,9 ∗ 0,2𝑚𝑠

𝐴𝑛 = 0,8542𝑚2

71

Longitud de la rejilla

Se calcula el largo de la rejilla con la siguiente ecuación:

Donde:

An: Área pura de la rejilla.

Sb: Distancia entre barrotes.

Øbarra= diámetro de los barrotes.

B= Amplitud de canal de aducción.

Solucionando:

𝐿𝑟 =0,8542𝑚2(0,05 𝑚 + 0,0191𝑚)

0,05𝑚 ∗ 0,45𝑚

𝐿𝑟 = 2,623𝑚

Se adquieren 2,65 m de longitud de la rejilla por construcción y para que su mantenimiento sea de fácil acceso debido a que esta longitud se ajusta con el área pura.

Se recalcula el área pura con la siguiente ecuación:

Donde:


Sb: Espacio entre barrotes.


B= Amplitud de canal de aducción

Lr= Longitud de la rejilla Solucionando en la ecuación [19].

72

𝐴𝑛 =0,05

0,05 + 0,0191∗ 0,45 ∗ 2,65

𝐴𝑛 = 0,86𝑚2

Número de orificios

Donde:

N= Número de orificios.




Solucionando:

𝑁 =0,86

0,05 ∗ 0,45

𝑁 = 38 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜𝑠

Se adquieren 38 orificios, separados entre sí de 0.05 m. Donde se recalculan los datos para obtener las siguientes condiciones:

Área pura

Solucionando:

𝐴𝑛 = 0,05 ∗ 0,45 ∗ 38

𝐴𝑛 = 0,86𝑚2

Vel entre barrotes

Solucionando:

73

𝑉𝑏 =0,15375

0,9 ∗ 0,86


𝐿𝑟 =0,86(0,05+0,0191)

0,05∗0,45

𝐿𝑟 = 2,64 𝑚

Siendo así se adquiere un largo de 2,65 metros de rejilla.

Canal de aducción

Los niveles de agua en el canal de aducción son:

Aguas abajo

Donde:

he = Prof aguas abajo. hc = Prof crítica. g = Gravedad (9.81 m/s2). Q = (0.15375 m3 /s).

B = Holgado del canal de aducción (0,45m).

Solucionando:

ℎ𝑒 = ℎ𝑐 = (0,153752

9,81(0,45)2)

13

ℎ𝑒 = ℎ𝑐 = 0,2283 𝑚

Aguas arriba La Longitud de la rejilla es 7,0m.

𝐿𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙 = 𝐿𝑟𝑒𝑗𝑖𝑙𝑙𝑎 + 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟

74

𝐿𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙 = 2,65𝑚 + 0,3𝑚 = 2,95𝑚

Se adquiere una inclinación de 3% con un espesor de paredes de 0.3 metros.

La altura total de las paredes del canal de aducción con un borde libre (BL) de 0.15 m.

Donde:

o = Prof aguas arriba.

i = inclinación del fondo del canal (3%)

Lc = Longitud del canal (2,95 m).

he = Prof aguas abajo (0,2283 m).

Solucionando:

ℎ𝑜 = [2(0,2283)2 + (0,2283 −0,03 ∗ 2,65

3)

2

]12 −

2

3∗ 0,03 ∗ 2,95

ℎ𝑜 = 0,3202 𝑚

Altura total agua arriba

Donde:

Ho = Prof aguas arriba del canal de aducción más capa de agua

ho = Prof aguas arriba (0.3202 m).

BL = Prof del canal de aducción (0.15 m).

Solucionando:

𝐻𝑜 = 0,3202 + 0,15

𝐻𝑜 = 0,4702 𝑚

75

Altura total aguas abajo

Donde:

He = Prof aguas abajo del canal de aducción más Hoja de agua.

Ho = Prof aguas arriba del canal de aducción más Hoja de agua (0.4702 m).

I = Inclinación del fondo del canal (3%).

Lc = Longitud del canal (2,95 m). Solucionando:

𝐻𝑒 = 0,4702 + 0,03 ∗ 2,95

𝐻𝑒 = 0,5587 𝑚

Vel del agua al final del canal es:

donde:

Ve = Vel del canal al final del canal. B = Amplitud de la rejilla (0,45 m). he = Prof aguas abajo (0,2283m). Q = Caudal de diseño (0.15375 m3 /s). Solucionando:

𝑉𝑒 =0,15375

0,45 ∗ 0,2283

𝑉𝑒 = 1,4965 𝑚

𝑠

La vel calculada del agua al final del canal no debe ser mayor a 3.0 m/s ni menor a 0.3 m/s.

0.3 m/s < 1,4965 m/s < 3.0 m/s →󠅳OK

76

Diseño de la Cuarto de recolección

Distancia borde superior de la Cuarto de recolección

Donde:

Xs = Distancia borde superior.

Ve = Vel del canal al final del canal (1,4965 m/s). he = Prof aguas abajo (0,2283m). Solucionando:

𝑋𝑠 = 0,36(1,4965)23 + 0,60(0,2283)

47

𝑋𝑠 = 0,7290 𝑚

Alcance borde inferior Cuarto de recolección

Donde:


Ve = Vel del canal al final del canal (1,4965 m/s). he = Prof aguas abajo (0,2283 m). Solucionando:

𝑋𝑖 = 0,18(1,4965)47 + 0,74(0,2283)

34

𝑋𝑖 = 0,4710 𝑚

Para la amplitud de la Cuarto:

donde:

BCuarto = Amplitud de la Cuarto.

Xs = Distancia borde superior (0.96 m).

𝐵𝑐á𝑚𝑎𝑟𝑎 = 0,7290 + 0,30

𝐵𝑐á𝑚𝑎𝑟𝑎 = 1,0290 m

77

Se adquiere una Cuarto de 1,20 en el sentido de BCuarto por 1,50 m de lado por facilidad de mantenimiento.

Cálculo de la altura de las paredes de contención

El caudal máximo del río es de 12,16 m3/s según la tabla 9, donde se encontraron los datos de la estación Providencia que está ubicada en el río Barro Blanco.

Tabla 12 Valores Máximos Mensuales de Caudales (m3/s) de la Estación Providencia, Fusagasugá.

Fuente: (CAR, 2019)

Cálculo de la Hoja de agua en la garganta

Donde:

H = peso sobre el tope del vertedero.

Q = Qmaximo del río (12,162 m3 /s).

L = Longitud del vertedero (7,0 m).

78

Solucionando:

Dejando un borde libre de 0,24 m siendo así las paredes serán de 1,20 m.

Cálculo del caudal de excesos

El caudal medio diario del río según la tabla 10 es de 0,845 m3/s.

Tabla 13. Valores Medios Mensuales de Caudales Estación Providencia, Fusagasugá

Fuente: (CAR, 2019)

Donde:

H = Altura de excesos.

Q = Caudal medio del río (0,845 m3 /s).


Solucionando:

79

La posibilidad mayor de captación de la rejilla se acerca al Q por mediación de un boquete, para la ecuación 35. Para el caudal captado se define un coeficiente de descarga de 0,3 (Cd).

Caudal captado

Donde:

Qcaptado= Q través de la rejilla.

Cd = Coeficiente de descarga (0.3).

Apura = Área pura de la rejilla (0,86 m2).

H = Altura para hoja de agua encima de la rejilla (0,13 m).

Solucionando:

𝑄𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜 = 0,3 ∗ 0,86 ∗ √2 ∗ 9,81𝑚

𝑠2∗ 0,16 𝑚

𝑄𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜 = 0,4582 𝑚3

𝑠

Caudal de excesos

Qexcesos se identificó por la desigualdad entre el Qcaptado en medio de la rejilla y el Qdiseño, mediante la siguiente:

𝑄𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜𝑠 = 0,4582 − 0,1535

𝑄𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜𝑠 = 0,3045 𝑚3

𝑠

80

Condiciones del vertedero de excesos

Altura de excesos

Donde:

Hexc = Altura del vertedero de excesos.

Q = Caudal de excesos (0,3045 m3 /s).

BCuarto = Amplitud de la Cuarto (1,30 m).

Solucionando:

𝐻𝑒𝑥𝑐 = (0,3045 𝑚3/𝑠

1,84 ∗ 1,20)

23

𝐻𝑒𝑥𝑐 = 0,2669 𝑚

Vel de excesos

Donde:

Vexc = Vel de excesos.

Hexc = (0,2669 m).

Qexc = (0,3045 m3 /s).

BCuarto = (1,20 m).

Solucionando:

𝑉𝑒𝑥𝑐 =0,3045 𝑚3/𝑠

0,2669 𝑚 ∗ 1,20 𝑚

𝑉𝑒𝑥𝑐 = 0,95 𝑚/𝑠

81

El cálculo de Xs se obtuvo mediante la siguiente ecuación:

𝑋𝑠 = 0,36(0,95)23 + 0,60(0,2669)

47

𝑋𝑠 = 0,6301 𝑚

Los excesos ubicados a 1,2 m (0,6301+0.22) de la pared de agua debajo del cuarto de acumulación, logrando estar a un espacio de 1,2 m (1.5-1.2) aguas arriba.

Cálculo de altitudes Fondo del río de captación = 2050.233 msnm

Hoja sobre la presa

Diseño = 2050.273 msnm

Máxima = 2051.20 msnm

Promedio = 2050,40 msnm

Corona de las paredes de control

2050.233 + 1,00 = 2051.233 msnm

Canal de aducción

Fondo aguas arriba = 2049,7628 msnm

Aguas abajo =2049,6743 msnm

Capas agua arriba =2050,083 msnm

Capas agua abajo =2049,4460 msnm

Cuarto de recolección

Hoja de agua =2049,524 msnm

82

Cresta del vertedero = 2049,2574 msnm

Fondo =2048,3243 msnm

Tubería de Excesos

Altitud de entrada 2048,3243 msnm

LÍNEA DE ADUCCIÓN (BOCATOMA – DESARENADOR)

A continuación, se exponen los resultados o tenidos para la línea de aducción del sistema de acueducto:

Caudal de Diseño

De la misma manera como en la bocatoma, se toma el Qconcesión para diseñar

(0,15375 m3/s).

Inclinación de tubería

Solucionando:

𝑆 =(2048,324 − 2047,173)

25∗ 100 [40]

𝑆 = 4,61%

Diámetro de tubería

Donde: D= Diámetro.

n = Rugosidad (0.009).

Q = Caudal de diseño (0.15375 m3 /s).

83

S = Inclinación de la línea de aducción (4,61%).

Solucionando:

𝐷 = 1,548 ∗ (0,009 ∗ 0,15375

0,046112

)38

D=0,234m = 9,193”

Se toma un diámetro comercial de 10” y su respectivo diámetro interno de 0,26101m resolvemos teniendo en cuenta las condiciones de corriente a tubo lleno:

Caudal a tubo lleno

Donde:

= Caudal a tubo lleno.

D = Diámetro interno (0,26101 m).

S = Inclinación aducción (4,61%). n = 0,009

Solucionando:

𝑄0 = 0,312(0,26101𝑚)

83 ∗ (0,0461)

12

0,009

𝑄0 = 0,2070𝑚3

𝑠

Vel a tubo lleno

84

donde:

= Caudal a tubo lleno (0,2070 m3 /s).

= Vel a tubo lleno.

= Zona del tubo (0,22 m2).

Solucionando:

𝑄0 =0,2070

𝑚3

𝑠 ∗ 4

𝜋(0,26101𝑚)2

𝑉0 = 3,87 𝑚

𝑠

Según el Artículo 56 de la resolución 0330 de 2017 no se debe sobrepasar la vel recomendada para las características del material con el cual se va a diseñar, en este proyecto se utilizó PVC, donde la vel útil de este material debe estar alrededor de 3-5 m/s.

Radio hidráulico a tubo lleno

𝑅0 =0,26101

4= 0,065𝑚

Relación hidráulica 𝑄

𝑄0=

0,15375

0,2695 [45]

𝑄

𝑄0=0,74

Con el valor obtenido de en la ecuación [45] se entra a la tabla 14 para obtener los valores de relación hidráulica para conductos circulares:

85

Tabla 14. Relaciones Hidráulicas para Conductos Circulares.

Fuente: (LOPEZ CUALLA, 2003)

Condiciones hidráulicas

𝑉𝑟

𝑉0= 0,961

𝑑

𝐷= 0,719

𝑅

𝑅0= 1,188

𝑉𝑟 =𝑉𝑟

𝑉𝑜∗ 𝑉𝑜 [46]

𝑉𝑟 = 0,961 ∗ 3,87 𝑚/𝑠

86

𝑉𝑟 = 3,72 𝑚

𝑠

De acuerdo al artículo 56 de la resolución 0330 de 2017, dice que la vel de retención debe ser mayor a 0,5 m/s.

𝑑 = 0,719 ∗ 0,26101

𝑑 = 0,1877 𝑚

𝑅 = 1,188 ∗ 0,065

𝑅 = 0,0775 𝑚

Esfuerzo cortante

𝜏 = 9819 ∗ 0,0775 ∗ 0,0461

𝜏 = 35,022𝑁

𝑚2

Comprobación de la altitud a la salida de la bocatoma

En el diseño de la bocatoma se acogió una prof de 1,2 metro desde la Cuarto de recolección hasta la base de la Cuarto, para esta prof se debe hacer una corrección la cual se realiza de la siguiente manera:

87

Solucionando:

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑡𝑎 = 0,1877 + 1.53,722𝑚/𝑠

2 ∗ 9,81 𝑚/𝑠2

𝐶𝑜𝑡𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 1,24 𝑚

El valor hallado no difiere del valor principal, no se debe realizar una corrección por altitud de salida de la bocatoma y se trabaja con el valor inicial de 1,20 m el Excesos mayor pronosticado es:

Solucionando:

𝑄𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜𝑠 = 0,2075𝑚3

𝑠− 0,15375

𝑚3

𝑠


𝑠

Este sería la cantidad de agua que habrá que considerar pensar al momento del diseño de la estructura de excesos del tanque.

Cálculo de altitud

Altitud batea a la salida de la bocatoma = 2048,324

Altitud clave a la salida de la bocatoma = 2048,5853 m.s.n.m

Altitud batea a la llegada del desarenador = 2047,173 m.s.n.m

Altitud clave a la llegada del desarenador = 2047,4340 m.s.n.m

Altitud Hoja de agua a la llegada del desarenador = 2047,3565 m.s.n.m

DESARENADOR

En los Art 188 y 189 de la Res 0330 del 2017 permite realizar los cálculos para el análisis del tanque en donde se obtienen los siguientes resultados con unas situaciones iniciales:

88

Requisito de la tubería de entrada

Tabla 15. requisitos iniciales

Requisitos de entrada

Qd 0,1538

V 3,7177 m/s

Diámetro 0,26101 m

Qo 0,2070 m3/s

Vo 3,87 m/s

d 0,188 m

Requisitos diseño desarenador

Periodo de diseño 25 años

Número de módulos 3 un

Qmd (2044) 0,2020 m3/s

QMD (2044) 0,2626 m3/s

Req. planta purificación 0,0101 m3/s

Caudal diseño cada módulo 0,2020 m3/s

Diam. Partículas 0,100 m

Porcentaje de remoción 80%

Temperatura 20°C

Viscocidad cinemática, μ 0,01007 cm2/s

categoria desarenador (n) 1

largo - amplitud L = 4

B = 1

Altitud Hoja tubería entrada del desarenador (m)

2047,356

Altitud batea tubería entrada del desarenador (m)

2047,173

89

Fuente: Autores

Operación de factores de sedimentación

Vel de sedimentación de partícula

Se encontró que la vel de sedimentación del grano es el diámetro inferior de ella,

para la elaboración del diseño esta es igual a 𝑑𝑠 = 0,1 mm mediante:

𝑉𝑠 = 𝑔

18 (𝑃𝑠−𝑃)

𝜐 𝑑2 [52]

Donde:

Vs = Vel de sedimentación.

g = 981cm/s2

𝑃𝑠 = peso de la arena =2,65.

𝑃 =Peso del agua = 1,00.

𝜐 = 20° C (0,01007).

90

Solucionando:

𝑉𝑠 =981

18∗

(2,65 − 1.00)

0,01007∗ 0,010

𝑉𝑠 = 0,893𝑐𝑚

𝑠 ≡ 0,00893

De la tabla 14 se identificó la correspondencia de θ/t mediante los valores del nivel del desarenador n = 1 y eliminación del 80%, el valor proporcionado por la tabla es de 4,0 hallado mediante el número de Hazen (Vs/V0).

Tabla 16 Numero de Hazen

Fuente: (LOPEZ CUALLA R. A., 2003)

𝜃

𝑡= 4,0

Adquiriendo una prof servible de sedimentación de altura 4,5 m, el instante que tardaría el grano de diámetro 0,1 mm en llegar al fondo es igual:

𝑡 =𝐻

𝑉𝑠 [53]

Donde:

t = Instante de llegada al fondo.

H = Prof útil de sedimentación (4,5 m).

𝑉𝑠 = Vel de sedimentación (0,223 cm/s).

Solucionando:

𝑡 =450 𝑐𝑚

0,893 𝑐𝑚𝑠

91

𝑡 = 504 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠

El ciclo de retención hidráulico se calcula:

𝜃 = 4,0 ∗ 𝑡 [54]

Donde:

𝜃 = ciclo de parada.

t = Instante de grano al fondo (504 s)

Solucionando:

𝜃 = 4,0 ∗ 504 = 2016 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠

𝜃 = 0,56 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠

0,5 horas ≤ Ө ≤ 4 horas

Se obtuvo el volumen correspondiente al tanque mediante:

𝑉 = 𝜃 ∗ 𝑄 [55]

Donde:

V = Volumen del tanque.

𝜃 = Periodo de retención (2016 s).

Q = Caudal de diseño (0,15375 m3/s).

Solucionando:

𝑉 = 2016 𝑠 𝑥 0,2626 𝑚3

𝑠

𝑉 = 529,32 𝑚3

La zona superficial del tanque diseñado se calcula:

𝐴𝑠 = 𝑉

𝐻 [56]

Donde:

As = zona del tanque superficial.

V = (529,32 m3).

92

H = Prof sedimentación (4,5 m).

Solucionando:

𝐴𝑠 = 529,32 𝑚3

4,50 𝑚

𝐴𝑠 = 117,63 𝑚2

El tanque tendrá unas características para L: B de equivalencia igual a 4:1.

La base se obtuvo con la siguiente ecuación:

𝐵 = √𝐴𝑠

4 [57]

𝐵 = √117,63

4

𝐵 = 5,43 𝑚

Por lo que el largo se obtuvo con la siguiente ecuación:

𝐿 = 4 ∗ 𝐵 [58]

𝐿 = 4 ∗ 5,43 𝑚

𝐿 = 21,72 𝑚

Las cargas hidráulicas superficiales para este tanque se obtienen con la siguiente ecuación:

𝑞 = 𝑄

𝐴𝑠 [59]

Donde:

q = Peso de agua del tanque.

Q = 0,15375 m3/s.

As = 117,63 m2.

Solucionando:

𝑞 =0,15375 𝑚3/𝑠

117,63 𝑚2

93

𝑞 = 0,00223250 𝑚3

𝑚2 ∗ 𝑠

𝑞 = 192,89 𝑚3

𝑚2∗ 𝑑

Valor que se encuentra comprendido entre 15 y 1000 𝑚3

𝑚2 ∗ 𝑑

La velocidad de sedimentación del grano es la misma que la carga hidráulica superficial en donde en condiciones críticas corresponde a un diámetro inferior.

𝑉𝑜 = 𝑞 = 0,00223250 = 0,223 𝑐𝑚/𝑠

El diámetro se halló según la siguiente ecuación:

𝑑𝑜 = √𝑉𝑜∗18∗𝜇

𝑔∗(𝑃𝑠−𝑃) [60]

𝑑𝑜 = √0,223 ∗ 18 ∗ 0,01007

981 ∗ 1,65

𝑑𝑜 = 0,05 𝑚𝑚

La eliminación de granos es de 0.05 mm teóricamente y en condiciones reales el diámetro mayor posible para eliminar estos granos, es de 0,1mm.

Tanto el tiempo como la velocidad son complementarias, es decir:

𝜃

𝑡=

𝑉𝑠

𝑉𝑜 [61]

𝜃

𝑡=

0,893

0,223= 4,0

Mediante las situaciones teóricas, se removerán granos de diámetro semejantes a 0,05 mm, pero al tener en cuenta la naturaleza de la corriente no uniforme. El diámetro máximo posible de ser removido se aumenta a 0,1 mm.

La vel horizontal se calcula con la siguiente ecuación:

𝑉ℎ = 𝑄

𝑊=

𝑉𝑜𝐿

𝐻 [62]

Donde:

Vh = Vel horizontal.

Vo = (0,223 cm/s).

94

L = Larg del Desa (21,69 m).

H = 4.50 m

Solucionando:

𝑉ℎ =0,15375

4,5 ∗ 21,69∗ 100

𝑉ℎ = 0,223 ∗ 21,69

4,5

𝑉ℎ = 1,08 𝑐𝑚/𝑠

La vel horizontal máxima según la resolución 0330 del 2017 se calcula con la siguiente ecuación:

𝑉ℎ𝑚𝑎𝑥 = 20𝑉𝑠 [63]

Donde:

𝑉ℎ𝑚𝑎𝑥 = Vel máxima horizontal.

𝑉𝑠 = vel del grano 0,893 cm/s.

Solucionando:

𝑉ℎ𝑚𝑎𝑥 = 20 ∗ 0,893

𝑉ℎ𝑚𝑎𝑥 = 17,86 𝑐𝑚/𝑠

La vel de suspensión máxima se calcula con la siguiente ecuación:

𝑉𝑟 = √8𝑘

𝑓𝑔(𝑃𝑠 − 𝑃)𝑑 [64]

Donde:

Vr = Vel de suspensión máxima.

k = Constante (para sedimentación de arenas es igual a 0.04).

f = Constante (para sedimentación por simple acción de la gravedad, cuando no hay coagulación, es igual a 0.03).

g = 981 cm/s2.

95

ρs = arena = 2.65.

ρ = 1.00.

D = 0.010 m

Solucionando:

𝑉𝑟 = √8 ∗ 0,04

0,03∗ 981 ∗ 1,65 ∗ 0,010

𝑉𝑟 = 13,14𝑐𝑚

𝑠

Parámetros de sedimentación

Tabla 147. Parámetros de diseño.

Parámetros sedimentación

ds 0,010 cm

ρs (gr/cm3) 2,65 Peso especifico arenas

ρs (gr/cm3) 1,00 Peso específico agua

Vs 0,893 cm/s

θ/t 4 Tabla Número de Hazen

H 4,50 m Prof útil sedimentacion, supuesta

t 504 seg. Tiempo en llegar la partícula al fondo

θ (seg.) 2016

θ (hr.) 0,56 horas 0,5 ≤ θ

≤ 4 OK

Vol. 529,32 m3 Volumen tanque

As 117,63 m2 Área superficial tanque

B 5,42 m

L 21,69 m

q 0,00223250 m3/m2*seg.

Carga hidráulica superficial - segundos

96

q 192,89 m3/m2*d. q ≤

1000 Carga hidráulica superficial - día

Vo = q 0,223 cm/s

do 0,05 mm

Comprobacion No. Hazen

4 Cumple

Vh 1,08 cm/s Vel horizontal

Vh max. 17,86 cm/s Vel horizontal máxima

Vr 13,14 cm/s Vel resuspensión máxima

Condición de operación de los módulos

Tabla 158. Condición de operación de los módulos.

Desarenador valores

condición de operación de los módulos

θ 2.016 seg.

θ 0,56 horas 0,5 ≤ θ ≤

4 OK

q 192,89 m3/m2*d. q ≤

1000 OK

Qoperacion 0,27 m3/s

θ 1.941 seg.

θ 0,54 horas θ < 0,5 OK

q 200,30655 m3/m2*d. q > 80 OK

Vertedero de salida

La altura de la Hoja de agua sobre el vertedero se identificó:

𝐻𝑣 = (𝑄

1,84∗𝐵)

2

3 [67]

Donde:

Hv = Altura de la Hoja de agua sobre el vertedero.

Q = 0.15375 m3 /s.

97

B = 5,42 m.

Solucionando:

𝐻𝑣 = (0,15375 𝑚3/𝑠

1,84 ∗ 5,42 𝑚)

23

𝐻𝑣 = 0,09 𝑚

La vel del agua cuando pasa por el vertedero se obtuvo con ayuda de la siguiente ecuación:

𝑉𝑣 =𝑄

𝐵𝐻𝑣 [68]

Donde:

Vv = Vel el agua al pasar por el vertedero.

Q = 0,15375 m3/s

B = 5,42 m.

Hv = 0,09 m.

Solucionando:

𝑉𝑣 =0,15375 𝑚3/𝑠

5,42 𝑚 ∗ 0,09 𝑚

𝑉𝑣 = 0,55 𝑚

𝑠

La vel sobre el tope del vertedero tiene que superar los 0,3 m/s para identificar con mayor constancia la fórmula de distancia Horiz, es decir, que para obtener dicho valor se emplean las siguientes ecuaciones:

𝑋𝑠 = 0,36(𝑉𝑣)2

3 + 0,60(𝐻𝑣)4

7 [69]

Donde:

Xs, = Distancia borde superior.

Vv = 0.55 m/s.

Hv = 0.09 m.

Solucionando:

𝑋𝑠 = 0,36(0,55)23 + 0,60(0,09)

47

98

𝑋𝑠 = 0,39 𝑚

Para la longitud del vertedero:

𝐿𝑣 = 𝑋𝑠 + 0,20 [70]

Donde:

Lv = distancia del vertedero.


Solucionando:

𝐿𝑣 = 0,39 𝑚 + 0,20

𝐿𝑣 = 0,59 𝑚

Vertedero de salida

Tabla 169. Vertedero de salida.

Vertedero de salida

Hv 0,09 m

Hv modificado 0,09 m

Vv 0,55 m/s

Xs 0,39 m

Borde libre 0,20 m

Lv 0,59 m

Pantalla de salida

Tabla 20.17 Pantalla de Salida.

Prof 2,25 m

Dist. al vertedero de salida 1,33 m

Pantalla de ingreso

99

Tabla 21. Pantalla de ingreso.

Prof 2,25 m

Dist. al Cuarto aquietamiento 5,42 m

Capacidad de lodos

Tabla 182 capacidad lodos.

Relación long: prof lodos 10

Prof máxima 2,17 m

Prof máxima adopatada 1,50 m asumido 0,75 ≤ prof ≤ 1,5

(m)

Prof mínima adopatada 0,75 m asumido 0,75 ≤ prof ≤ 1,5

(m)

Dist. Pto salida a Cuarto aquietamiento

7,23 m

Dist. Pto salida a vertedero 14,46 m

Inclinacion transversal 13,8% >10%

Inclinacion longitudinal en L/3 10,4% >10%

Inclinacion longitudinal en 2L/3 5,2% 10% adquirido >10%

Fuente: Autores

De acuerdo a la resolución 330 del 8 de junio del 2017 las inclinaciones en el

desarenador deben ser mayores a 10% por lo cual cumple.

Cuarto de aquietamiento

Tabla 23 Cuarto de aquietamiento.

Prof 1,50 m

Amplitud 1,81 m

Largo 3,00 m

Fuente: Autores

Evacuación del cuarto de aquietamiento

Se usa el valor del caudal de excesos obtenido en la línea de aducción mediante la ecuación [51]:

𝑄𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜𝑠 = Qlleno − 𝑄𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 [51]

100


𝑠− 0,15375

𝑚3

𝑠


𝑠

Se obtuvo la elevación encima del vertedero de excesos, del Cuarto de aquietamiento con la siguiente:

𝐻𝑒 = (𝑄𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜𝑠

1,84∗𝐿𝑒)

2

3 [71]

Donde:

He = Altura sobre el vertedero de excesos de la Cuarto de aquietamiento.

Qexcesos = 0,532 m3/s.

Le = Largo adquirido (3,0 m).

Solucionando:

𝐻𝑒 = (0,0532 𝑚3/𝑠

1,84 ∗ 3,0 𝑚)

23

𝐻𝑒 = 0,045 𝑚

Se encontró la vel de excesos en la Cuarto de aquietamiento, según la siguiente formula:

𝑉𝑒 =𝑄𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜𝑠

𝐻𝑒𝐿𝑒 [72]

Donde:

Ve = Vel de excesos en la Cuarto de aquietamiento.


He = 0,045 m.

Le = 3,0 m.

Solucionando:

𝑉𝑒 =0,0532 𝑚3/𝑠

0,045 𝑚 ∗ 3,0 𝑚

𝑉𝑒 = 0,39 𝑚/𝑠

101

La distancia horizontal de la corriente se registró mediante las ecuaciones con las variaciones para esta ocasión, y la extensión del vertedero:

𝑋𝑠 = 0,36(0,39)23 + 0,60(0,045)

47

𝑋𝑠 = 0,30 𝑚

𝐿𝑟 = 𝑋𝑠 + 0,10

𝐿𝑟 = 0,40 𝑚

Se cotejo el valor anteriormente obtenido con el actual, obteniendo un espacio de división del Cuarto de aquietamiento, es decir 3,21 m y se adoptó el mayor como amplitud real, es decir:

Amplitud Cuarto de aquietamiento = 𝐵∗𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜

2=

5,42𝑚∗1,81𝑚

2= 1,81𝑚.

Tabla 24. Rebose de aquietamiento.

Rebose de aquietamiento

Qexcesos 0,0532 m3/s

He 0,045 m

Ve 0,39 m/s

Xs 0,30 m

Lrebose 1,81 m

B aquietamiento 5,42 m

Fuente: Autores

Perfil hidráulico

Se establece que, para el funcionamiento del perfil hidráulico es necesario un solo módulo, que es aquel que ejerce un trabajo con el Qmd y que necesidad del valor de purificación de la planta, como es un Q idéntico de 272,7 L/s.

Se identifican los desaprovechamientos por aumento de secciones y por el paso inferior de las pantallas

Pérdidas al ingreso del Cuarto de aquietamiento

102

Se hallo mediante la ecuación [73] que corresponde a la ecuación de pérdidas por aditamentos:

Tomando ₭ = 0,2 debido a que la vel presenta una disminución.

ℎ𝑚 = 𝑘∆𝑉2

2𝑔 [73]

Donde:

hm = Pérdidas a la entrada de la Cuarto.

k = 0.2 por pérdida de vel.

V = Vel en la entrada del Cuarto.

g = 9.81 m /𝑠3.

Solucionando:

● 𝑉1 = 3,7177 𝑚

𝑠

● 𝑉2 =0,2727

1,81∗1,5

● 𝑉2 = 0.10 𝑚

𝑠

ℎ𝑚 = 0.2((3,7177 𝑚/𝑠)2 − (0.10 𝑚/𝑠)2

2 ∗ 9.81 𝑚/𝑠2)

ℎ𝑚 = 0.14𝑚

Pérdidas entrada Cuarto de aquietamiento.

Tabla 25. Perdidas entrada Cuarto de aquietamiento.

Pérdidas entrada Cuarto de aquietamiento

k 0,2

V1 3,7177 m/s

V2 0,01 m/s

hm 0,14 m

Fuente: Autores

Pérdidas al ingreso del área de sedimentación

103

𝑉1 = 0.10 𝑚

𝑠

𝑉2 = 𝑉ℎ = 0.0108𝑚

𝑠

La estimación de la vel al ingreso del área se calculó al identificar la diferencia entre la vel al ingreso del Cuarto y la vel horizontal, las pérdidas a la entrada del área de sedimentación se obtuvieron solucionando datos de la formula [73], por ende, el k corresponde a 0.1:

ℎ𝑚 = 0.1(0.102 − 0.01082

2 ∗ 9.81)

ℎ𝑚 = 0.000510 𝑚

Pérdidas entradas zona sedimentación.

Tabla 26. Perdidas entrada zona sedimentación.

Pérdidas entradas zona sedimentación

k 0,1

V1 0,10 m/s

V2 0,0108 m/s

hm 0,0000510 m

Fuente: Autores

Pérdidas por las pantallas inicial y final

Las pérdidas de los orificios de grandes dimensiones son adquiridas por las pérdidas en las pantallas iniciales:

𝑄 = 𝐶𝑑 ∗ 𝐴𝑜√2𝑔𝐻

𝐴𝑜 = 5.65 ∗ 0.72

𝐴𝑜 = 4.07 𝑚2

Despejando las pérdidas:

𝐻 = (1

2𝑔) ∗ (

𝑄

𝐶𝑑 ∗ 𝐴𝑜)2 [74]

104

𝐻 = (1

2 ∗ 9.81) ∗ (

0.2727

0.3 ∗ 4.07)2

𝐻 = 0.000637 𝑚

desaprovechamiento por las pantallas inicial y final.

Tabla 197. Desaprovechamiento por las pantallas inicial y final.

desaprovechamiento por las pantallas inicial y final

A0 4,07 m2

H 0,000637 m

Fuente: Autores

Cálculos de los diámetros de la tubería de sobrantes y lavado

Tubería de sobrantes

Puesto que la magnitud de los caudales de la tubería termina siendo siempre un diámetro inferior o igual a 6”

Tubería de lavado

La operatividad hidráulica de esta tubería es una apreciación importante debido a que la escogencia del diámetro es el instante en que se demora en vaciar el tanque.

● Altitud de llegada del desagüe de lavado = 2047.173 ● Altitud Hoja de agua sobre la tubería = 2047.3535 ● Suponiendo un diámetro nominal 6 pulgadas = 0.168 ● Tubería PVC RDE-41 C = 150 ● Diámetro real =0.154 ● Longitud de conducción = 25 ● Altura disponible 2047.355-2047.173 = 0.182 m ● Pérdidas en la conducción (longitud equivalente)

Entrada normal = 2.50 m Válvula de compuerta =1.10 m Codo radio corto = 4.90m Te cambio de dirección =10.00 m Salida: = 5.0 m Tubería = 25 m L.E total = 48.5 m

105

Se produjo la relación entre la altura aprovechable y el desaprovechamiento longitudinal equivalente:

𝐽 =𝐻

𝐿.𝐸 [75]

𝐽 = 0.182

48.5

𝐽 = 0.0037 𝑚

𝑚

Se obtuvo el valor del caudal con la ecuación de Hazen-Williams:

𝑄𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 0.2785𝐶𝐷2.63𝐽0.54 [76]

donde:

Qinicial = Caudal inicial en el momento del lavado del desarenador

C = PVC- RDE41 = 150

D = 0,154 m

J = conexión entre la altura útil y el desaprovechamiento longitudinal equivalente (0,0037 m/m)

Solucionando:

𝑄𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 0.2785 ∗ 150 ∗ (0.154)2.63 ∗ (0.0037)0.54

𝑄𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 0.0161 𝑚3

𝑠

Mediante la ecuación de continuidad se halló la vel para el Qinicial

𝑉 =𝑄

𝐴 [77]

𝑉 =0.0161 𝑚3/𝑠 ∗ 4

𝜋 ∗ (0.154 𝑚)2

𝑉 = 0.80 𝑚

𝑠

Bajo estas condiciones el dato de la cabeza de velocidad se obtuvo mediante:

(𝑉2

2𝑔) =

(0.80𝑚/𝑠)2

2 ∗ 9.81 𝑚/𝑠2 = 0.03 𝑚

106

El coeficiente de descarga del tanque se obtiene despejado la ecuación [35] teniendo en cuenta la tubería de desagüe:

𝑄 = 𝐶𝑑𝐴𝑜√2𝑔𝐻

𝐶𝑑 = 𝑄

𝐴𝑜√2𝑔𝐻 =

0.0161 𝑚3/𝑠

𝜋 ∗ (0.154 𝑚 )2

4 ∗ √2 ∗ 9.81 𝑚/𝑠2 ∗ (1.50𝑚 + 1.00𝑚)

𝐶𝑑 = 0.11

El tiempo de instante en el que vacía se determinó mediante la ecuación de descarga de un orificio.

𝑄 = 𝑑𝑉

𝑑𝑡= 𝐶𝑑𝐴𝑜√2𝑔𝐻

Despejando:

𝐴𝑠𝑑ℎ

𝑑𝑡= 𝐶𝑑𝐴𝑜√2𝑔ℎ

12

Despejado:

𝑑𝑡 =𝐴𝑠

𝐶𝑑𝐴𝑜√2𝑔ℎ

12𝑑ℎ → 𝑡 =

2𝐴𝑠

𝐶𝐷𝐴𝑜√2𝑔 𝐻

12

Donde:

t = Instante de vaciado del tanque

As = 117,63m2.

Cd = (0.11).

A0 = D = 0.154 m.

g = 9.81 m/s2.

H = 0,182 m.

Solucionando:

𝑡𝑣𝑎𝑐𝑖𝑎𝑑𝑜 = 2 ∗ 117.63 𝑚2

0.11 ∗𝜋(0.154 𝑚)2

4 ∗ √2 ∗ 9.81 𝑚/𝑠2

∗ (0.182 𝑚)12

107

𝑡𝑣𝑎𝑐𝑖𝑎𝑑𝑜 = 11059 𝑠𝑒𝑔 = 185 𝑚𝑖𝑛 = 3.07 ℎ𝑟

Cálculo de altitud Tabla 28. altitud desarenador.

Altitudes

Altitud batea tubería entrada 2.047,173 m

Altitud capa agua tubería entrada 2.047,36 m

Altitud capa agua Cuarto aquietamiento 2.047,22 m

Altitud tope del vertedero cuarto de aquiet. 2.047,17 m

Altitud fondo cuarto aquiet. 2.045,72 m

Altitud capa agua en zona de sedimentación 2.047,22 m

Altitud de la corona muro desarenador 2.047,66 m

Altitud inferior pantallas de entrada y salida 2.044,97 m

Altitud fondo prof útil sedimentos 2.042,72 m

Altitud placa fondo entrada y salida desarenador 2.041,97 m

Altitud placa fondo en punto de desagüe 2.041,22 m

Altitud batea tubería lavado 2.041,22 m

Altitud clave tubería de lavado 2.041,24 m

Altitud tope vertedero salida 2.047,13 m

Altitud capa agua de recolección 2.046,98 m

Altitud fondo Cuarto de recolección (supuesta) 2.046,48 m

Altitud fondo Cuarto de recolección (calculada) 2.046,98 m

Fuente: Autores

LINEA DE CONDUCCION PRINCIPAL

Datos de entrada de la línea de conducción:

Tabla 209. Datos de entrada

PERIODO DE DISEÑO (años) 25

QMD (m3/s) 0,1538

ALTITUD DE CAPA DE AGUA A LA SALIDA DEL DESARENADOR (m)

2046.981

ALTITUD DE DESCARGA EN EL TANQUE DE ALMACENAMIENTO (m)

1989

Fuente. Autores

Mediante Google Earth se localizó la línea de conducción, en donde se

encontraron las altitudes del terreno para su desarrollo.

108

Imagen 22 línea de bocatoma- planta Pekín

Fuente. Autores

El trazado de la rasante, altitud clave y línea piezométrica se hacen presentes en

la imagen en donde se muestra el perfil de conducción con todos sus accesorios.

Imagen 23 perfil de conducción.

Fuente. EMSERFUSA

Los valores de perfil de conducción se encuentran en la imagen donde se verifica

el empuje máximo a la cual trabaja la tubería.

109

Imagen 24 Empuje de trabajo

Fuente. PAVCO

Tabla 30.21 Empuje de diseño.

EMPUJE DE DISEÑO

EMPUJE ESTATICO MAXIMO (EN ABSCISA 10400) (mca) 202,58

PRESION DE DISEÑO (mca) 263,355

Fuente. Autores

Por tanto, elegimos el tipo de tubería.

Tabla 221. Datos de tubería

DATOS TUBERIA

CALIBRE DE TUBERIA= RDE 13,5, TIPO 1, GRADO 1- PAVCO UNION PLATINO

EMPUJE DE TRABAJO= 22,14 KG/CM2 =221mca

n DE HAZEN-WILLIAMS (C) (150)

Fuente. Autores

110

Se calculan los diámetros que se implementan en la conducción.

Tabla 232. Calculo de diámetro

CALCULO DE DIAMETRO CARGA HIDRAULICA DISPONIBLE (H) (m) 57,9813

DISTANCIA VERDADERA DE TUBERIA (L) (m) 11922,79

PERDIDA DE CARGA UNITARIA (J) (m/m) 0,00486

DIAMETRO DE LA ECUACION HAZEN- WILLIAMS (m) 0,3338

DIÁMETRO MÍNIMO CON EL QUE TRABAJA EL SISTEMA 14"

Fuente. Autores

Se establece una alternativa de diseño para un cambio de diámetro de la tubería.

ALTERNATIVA DE DISEÑO

Se utilizó la tubería que se encuentra en la imagen donde se define la tubería de

conducción.

Para la tubería de 14”

Tabla 243. Alternativa de diseño tubería de 14"

IN MM

PARA EL DIAMRTRO NOMINAL DE 12 273

DIAMETRO EXTERNO 273,05

ESPESOR DE LA PARED DEL TUBO 7,14

DIAMTRO INTERNO REAL 258,77

J1 0,02247

V1 2,9234

V1^2/2G 0,4356

Fuente. Autores

111

Para tubería de 16”

Tabla 254. Alternativa de diseño para tubería de 16"

IN MM



GROSOR DE LAS PAREDES DEL TUBO 7,85


J2 0,005955

V2 1,694442

V2^2/2G 0,146334

Fuente. Autores

Se calculan la longitud para cada diámetro correspondiente.

Tabla 265. Carga hidráulica total

CARGA HIDRÁULICA TOTAL

L1 TUBERIA EN 14" 3437,355 m

L2 TUBERIA EN 16" 8485,4347 m

Fuente. Autores

Hallamos las pérdidas para cada uno de los accesorios que tendrá la tubería.

Tabla 276. Calculo de pérdidas de energía

VALORES DE LAS PERDIDAD DE ENRG PEDIDAS POR CODOS

8 CODO DE 90° EN 14" 0,25 13,25

4 CODO DE 22,5° EN 14" 0,12 0,3

Hm 13,55

Fuente. Autores

112

Tabla 287. Perdidas por válvulas de control

PERDIDAS POR VALVULAS DE CONTROL K 0,2

8 VALVULA EN 14" 11 2,7524

1 VALVULAS EN 16" 2 0,8537

Hm 0,496179

Fuente. Autores

Tabla 298. Perdidas por la Tee

PERDIDAS POR LA TEE DE PASO DIRECTO (PURGA) EN 14" (K) 0,6

DE PASO LATERAL (SALIDA DESARENADOR) EN 14" (K) 1,3

Hm 0,2780

Fuente. Autores

Tabla 309. Perdidas por reducción gradual

PERDIDAS POR REDUCCIÓN GRADUAL (DE 14" A 12") D1/D2= 1,30777

K 0,22

Hm 0,0939137

Fuente. Autores

Tabla 40.31 Desaprovechamiento al ingreso normal al tubo 12"

PERDIDAS ingreso (12")

Hm 0,435607

Fuente. Autores

113

Tabla 321. Perdidas por salida 12"

PERDIDAS POR SALIDA (12") Hm 0,435607

Fuente. Autores

Tabla 332. Pérdidas Totales

PERDIDAS TOTALES

14,9288237

Fuente. Autores

Recalculamos diámetros.

Tabla 343. Calculo de diámetro

CALCULO DE DIAMETRO

CARGA HIDRAULICA DISPONIBLE (H) 43,052573

LONGITUD VERDADERA DE TUBERIA (L) 11922,79

ESCACEZ DE CARGA UNITARIA (J) 0,0036109

DIAMETRO DE LA ECUACION HAZEN- WILLIAMS 0,276943


Fuente. Autores

Tabla 354. Carga hidráulica total

CARGA HIDRAULICA TOTAL L1 TUBERIA EN 12" 2533,7511

L2 TUBERIA EN 14" 9389,0388

Fuente. Autores

La línea piezométrica para cada tramo de diámetro diferente.

114

Tabla 365. Línea piezométrica tramo 14"

TRAMO EN 14" ALTITUD PIEZOMETRICA AL INICIO 2046,9813

ALTITUD PIEZOMETRICA AL FINAL 1976,1992

Fuente. Autores

Tabla 376. Línea piezométrica tramo 16"



Fuente. Autores

Comprobación del golpe de ariete.

Tabla 387. Comprobación Golpe de ariete

VERIFICACION DEL GDA VALVULA ABSCISA 1800

ENLACE DE MODULOS DE ELASTICIDAD (K) 18

DISTANCIA REAL AL DESARENADOR 4000,9

ALTITUD 805

D 14" (mm) 339,9

ESPESOR DE LA PARED (mm) 7,85

VEL (m/s) 1,6944

CELERIDAD DE LA ONDA (C) 344,113

FASE DE TUBERIA (T) 23,2551

Ha 59,4368

Fuente. Autores

Tabla 398. Tiempo de manejo para no sobrepasar el empuje

DURACION PARA NO SOBREPASAR EL EMPUJE

EMPUJE ESTATICO SOBRE LA VALVULA 1241,981

EMPUJE TOTAL SOBRE LA VALVULA 1301,418

Fuente. Autores

115

Se conocen con las condiciones a las cuales estará afectada la tubería.

Tabla 409. Condiciones que afectaran la tubería

VALVULA ABSCISA 3600:

(K) 18

DISTANCIA VERDADERA AL DESARENADOR 8000,7

ALTITUD 727

D14" (mm) 339,9

GROSOR DE LA PARED (mm) 7,85

VEL (m/s) 1,6944

PRONTITUD DE LA ONDA (C) 344,11


Ha 59,43682

Fuente. Autores

Tabla 50. Tiempo de manejo para sobrepasar el empuje

TIEMPO PARA NO SOBREPASAR LA EMPUJE EMPUJE ESTATICA SOBRE LA VALVULA 1319,9814


Fuente. Autores

Tabla 411. Tiempo de maniobra

DURACION DE MANIOBRA EMPUJE DISPONIBLE PARA EL GDA 570,018

DURACION DE MANIOBRA 4,8486

Fuente. Autores

116

ANALISIS ESCENARIO 1

En el escenario 1 se determinó que actualmente se está captando más caudal del

permitido y aun así protegiendo el caudal ecológico que es correspondiente a 58.5

l/s para así garantizar la vida útil del rio y poder seguir captando de esta fuente,

basándose en los cálculos obtenidos de las estructuras en comparación a las

estructuras que existen se observa que la capacidad de estas estructuras no

satisfacen la cantidad de agua que se está recogiendo partiendo de la necesidad de

incumplir con la concesión para poder abastecer a los usuarios que son

beneficiados por esta planta.

Al realizar los cálculos mostrados anteriormente se puede establecer que este

sistema de acueducto actual necesita una remodelación y partiendo de que la

concesión necesita volver a solicitarse para poder tener la autorización legal de

captar lo necesario para los suscriptores y cuidando el caudal ecológico necesario

para la conservación del rio.

3.3.2 ESCENARIO 2

Este escenario se realizó mediante los caudales hallados por el método de proyecciones poblacional para determinar los caudales de diseñó; De igual manera la información necesaria fue proporcionada por la empresa de servicios de Fusagasugá EMSERFUSA E.S.P.

BOCATOMA

Por consiguiente, se demuestran aquellos valores correspondientes a una bocatoma de fondo:

Caudal de diseño (Qdiseño):

Según la tabla [48] el caudal de diseño para captación en fuente superficial es hasta dos veces el caudal máximo diario.

Tabla 422.. Caudales de Diseño.

Fuente: (MINVIVIENDA, RESOLUCION 0330, 2017)

117

En este caso se utilizó 2 veces el caudal máximo diario.

𝑄𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 = 262,63 𝑙

𝑠∗ 2

𝑄𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 = 525,26𝑙

𝑠

Información previa

Periodo de diseño: 25 años (según artículo 40 de la resolución 0330 de 2017).

Población de diseño (2044): 100706 habitantes.

Caudal de diseño: 525,26 l/s

Amplitud del río: 8.0 m

Diseño de una presa

Según lo medido en campo, se tomó una amplitud de presa de 7.0 metros.

La Hoja de agua en condiciones de diseño es de:

𝐻 = (𝑄

1.84 ∗ 𝐿)

23 [11]

𝐻 = (0,5252 𝑚3/𝑠

1,84(7,0 𝑚))

23

𝐻 = 0,1185𝑚

La bocatoma presenta dos contracciones por este hecho se hace una corrección por vertimiento

𝐿′ = 𝐿 − 0.2𝐻 [12]

𝐿′ = 7 − 02(0,1185)

𝐿′ = 6,9763

Vel del río sobre la presa

𝑉 =𝑄

𝐿′𝐻 [13]

118

𝑉 =0,5252 𝑚3/𝑠

6,9763 ∗ 0,1185𝑚

𝑉 = 0.64𝑚

𝑠

Se observa que la vel del río sobre la presa cumple con lo establecido en la

resolución 0330 de 2017 que es 0,3m/s ≤ Vr ≤ 3,0m/s

La Vel del río sobre la presa está en el rango de 0,3 m/s< 0,64m/s<3,0 ms/ es decir que la vel obtenida cumple.

Cálculo de la rejilla y canal de aducción

El canal (B) tiene una amplitud el cual se calcula a partir del alcance de fluido máximo.

𝑋𝑠 = 0.36 (𝑉𝑟)23 + 0.60(𝐻)

47 [14]

Donde:


Vr = Vel del rio (0,65 m/s).

H = Prof de la Hoja de agua sobre la presa (0,122 m).

Solucionando:

𝑋𝑠 = 0.36 (0,64)23 + 0.60(0,1185)

47

𝑋𝑠 = 0,44 𝑚

El alcance al borde inferior se calculó mediante la siguiente ecuación:

𝑋𝑖 = 0.18 𝑉𝑟

23 + 0.74𝐻

34 [15]

Donde:


Vr = Vel (0,65 m/s).

119

H = (0.122 m).

Solucionando:

𝑋𝑖 = 0.18 (0,64)23 + 0.74(0,1185)

34

Para el holgado del canal:

Donde:

B = Holgado del canal de aducción.

Xs = 0,45 m.

Solucionando:

Distancia de rejilla y cantidad de orificios

Se adquieren barrotes de ¾” (0,0191 m) con un espacio de 5 cm entre ellos, de igual manera una constante K de 0.9 de flujo paralelo y se supone una vel de barrotes de 0.2 m/s, Se calcula el área pura con la siguiente ecuación:

Donde:

An = Área pura de la rejilla.

Vb = 0.2 m/s.

Q = 0.5252 m3 /s.

Solucionando:

120

𝐴𝑛 =0,5252

𝑚3

𝑠

0,9 ∗ 0,2𝑚𝑠

𝐴𝑛 = 2,9178 𝑚2

Distancia de la rejilla

Se calcula la longitud de la rejilla con la siguiente ecuación:

Donde:





Solucionando:

𝐿𝑟 =2.92(0,05 + 0,0191)

0,05 ∗ 0,55

𝐿𝑟 = 7,33

Se adquieren 7.4 m de longitud de la rejilla por adecuación y para que su revisión sea de fácil acceso debido a que esta longitud se ajusta con el área pura.

Se recalcula el área pura con la siguiente ecuación:

Donde:




B= Amplitud de canal de aducción

121

Lr= Longitud de la rejilla Solucionando:

𝐴𝑛 =0,05

0,05 + 0,0191∗ 0,55 ∗ 7,4

𝐴𝑛 = 2,9450𝑚2

Número de orificios

Donde:

N= Número de orificios.




Solucionando:

𝑁 =2,9450

0,05 ∗ 0,55

𝑁 = 107,09 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜𝑠

Se adquieren 108 orificios, separados entre sí de 0.05 m. Donde se recalculan los datos para obtener las siguientes condiciones:

Área pura

Solucionando:

𝐴𝑛 = 0,05 ∗ 0,55 ∗ 108

𝐴𝑛 = 2,97 𝑚2

Vel entre barrotes

Solucionando:

122

𝑉𝑏 =0,5252

0,9 ∗ 2,97


𝐿𝑟 =2,97 ∗ (0,05 + 0,0191)

0,05 ∗ 0,55

𝐿𝑟 = 7,46 𝑚

Siendo así se adquiere el valor de 7,5 m de largo para la rejilla.

Canal de aducción

Los niveles de agua en el canal de aducción son:

Aguas abajo

Donde:

he = Prof aguas abajo. hc = Prof crítica. g = 9.81 m/s2. Q = 0.5252 m3 /s.

B = 0,55m.

Solucionando:

ℎ𝑒 = ℎ𝑐 = (0,52522

9,81 ∗ (0,55)2)

13

ℎ𝑒 = ℎ𝑐 = 0,4530 𝑚

Aguas arriba

123

La Longitud de la rejilla es 7,5m.

𝐿𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙 = 𝐿𝑟𝑒𝑗𝑖𝑙𝑙𝑎 + 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 [25]

𝐿𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙 = 7,5 𝑚 + 0,3 𝑚 = 7,8 𝑚

Se adquiere una inclinación de 3% con un grosor de paredes de 0.3 m.

La elevación total de las paredes del canal de aducción con una orilla libre (BL) de 0.15 m.

Donde:

ho = Prof aguas arriba.

i = 3%

Lc = 7,8 m.

he = 0,4530 m.

Solucionando:

ℎ𝑜 = (2(0,4530)2 + (0,44 −0,03 ∗ 7,8

3)

2

)12 −

2

3∗ 0,03 ∗ 7,8

ℎ𝑜 = 0,5863 𝑚

Altura total agua arriba

Donde:

Ho = Prof aguas arriba del canal de aducción más Hoja de agua

ho = 0.5863 m.

BL = 0.15 m.

Solucionando:

124

𝐻𝑜 = 0,5863 + 0,15

𝐻𝑜 = 0,7363 𝑚

Altura total aguas abajo

Donde:

He = Prof aguas abajo del canal de aducción más Hoja de agua.

Ho = 0.7363 m

I = 3%

Lc = 7,80 m. Solucionando:

𝐻𝑒 = 0,7363 + 0,03 ∗ 7,8

𝐻𝑒 = 0,9703 𝑚

Vel del agua al final del canal es:

donde:

B = Amplitud de la rejilla (0,50 m). he = Prof aguas abajo (0,4530m). Q = Caudal de diseño (0.5252 m3 /s). Solucionando:

𝑉𝑒 =0,5252

0,55 ∗ 0,4530

𝑉𝑒 = 2,11 𝑚

𝑠

La vel calculada del fluido al terminal el canal no debe ser mayor a 3.0 m/s ni menor a 0.3 m/s.

0.3 m/s < 2,11 m/s < 3.0 m/s →󠅳OK

125

Diseño de la Cuarto de recolección

Distancia borde superior de la Cuarto de recolección

Donde:

Ve = 2,11 m/s he = 0,4530m. Solucionando:

𝑋𝑠 = 0,36(2,11)23 + 0,60(0,4530)

47

𝑋𝑠 = 0,9735 𝑚

Alcance borde inferior Cuarto de recolección

Donde:

Ve =2,11 m/s. he = 0,4530 m. Solucionando:

𝑋𝑖 = 0,18(2,11)47 + 0,74(0,4530)

34

𝑋𝑖 = 0,6842 𝑚

Para la amplitud del Cuarto:

donde:

BCuarto = Amplitud de la Cuarto.

Xs = 0.96 m.

𝐵𝑐á𝑚𝑎𝑟𝑎 = 0,9735 + 0,30

𝐵𝑐á𝑚𝑎𝑟𝑎 = 1,2735 𝑚

126

Se adquiere una Cuarto de 1,30 en el sentido de BCuarto por 2,0 m de lado por facilidad de mantenimiento.

Cálculo de la altura de las paredes de contención

El caudal máximo del río es de 12,16 m3/s según la tabla [49], donde se encontraron los datos de la estación Providencia que está ubicada en el río Barro Blanco.

Tabla 433. Valores Máximos Mensuales de Caudales (m3/s) de la Estación Providencia, Fusagasugá.

Fuente: (CAR, 2019)

Cálculo de la Hoja de agua en la garganta

Donde:

H = Carga sobre la cresta del vertedero.

Qmedio = 12,162 m3 /s.

L = 7,0 m.

127

Solucionando:

Dejando una orilla disponible de 0,34 m siendo así las paredes serán de 1,30 m.

Cálculo del caudal de excesos

El Qmedio diario del río según la tabla [50] es de 0,845 m3/s.

Tabla 444. Valores Medios Mensuales de Caudales Estación Providencia, Fusagasugá.

Fuente: (CAR, 2019)

Donde:

H = Altura de excesos.

Q = Caudal medio del río (0,845 m3 /s).


Solucionando:

128

𝐻 = 0,1627

La toma máxima de obtención de la rejilla se puede semejar al Q a través de un orificio, para lo que se usó [35]. Para el caudal captado se define un coeficiente de descarga de 0,3 (Cd).

Caudal captado

Donde:

Qcaptado= Caudal a través de la rejilla.

Cd = 0.3.

Apura = 2,97 m2.

H = 0,1627 m.

Solucionando:

𝑄𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜 = 0,3 ∗ 2,97𝑚2 ∗ √2 ∗ 9,81𝑚

𝑠2∗ 0,1627𝑚

𝑄𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜 = 1,5917𝑚3

𝑠

Caudal de excesos


𝑠− 0,5252

𝑚3

𝑠


𝑠

129

Condiciones del vertedero de excesos

Altura de excesos

Donde:

Hexc = Altura del vertedero de excesos.

Qexc = 1,06 m3 /s.

BCuarto = 1,30 m.

Solucionando:

𝐻𝑒𝑥𝑐 = (1,06

𝑚3

𝑠1,84 ∗ 1,30𝑚

)23

𝐻𝑒𝑥𝑐 = 0,5836 𝑚

Vel de excesos

Donde:

Vexc = Vel de excesos.

Hexc = 0,5836 m.

Qexc = 1,06 m3 /s.

BCuarto = 1,30 m.

Solucionando:

𝑉𝑒𝑥𝑐 =1,06

𝑚3

𝑠0,5836 𝑚 ∗ 1,30 𝑚

130

El cálculo de Xs se obtuvo mediante la siguiente ecuación:

𝑋𝑠 = 0,36(1,41)23 + 0,60(0,5836)

47

𝑋𝑠 = 0,8928 𝑚

Estará encontrado el vertedero de excesos a 1,1 m (0,89+0.22) de la pared de agua debajo del cuarto de recolección, quedando aguas arriba a una distancia de 1,2 (1.5-1.1).

Cálculo de altitud Hondo del río de captación = 2050.233 msnm

Hoja sobre la presa

Diseño = 2050.3515 msnm

Mayor = 2051.195 msnm

Media = 2050,396 msnm

Corona de las paredes de contención

= 2051.233 msnm

Canal de aducción

Fondo aguas arriba = 2049,497 msnm

Aguas abajo =2049,263 msnm

Capas agua arriba =2050,083 msnm

Capas agua abajo =2048,810 msnm

Cuarto de recolección

Hoja de agua =2049,113 msnm

Tope del vertedero = 2048,529 msnm

Fondo =2047,913 msnm

Tubería de Excesos

131

Altitud de entrada =2047,913 msnm

Los planos de la estructura de la bocatoma se encontrarán en los anexos 3-4-5.

LÍNEA DE ADUCCIÓN (BOCATOMA – DESARENADOR)

La realización del diseño del proyecto, los parámetros establecidos por la sección 3 artículo 56 de la resolución 0330 del 2017 se cumplieron, logrando los siguientes resultados.

Caudal de Diseño

Según el artículo 47 de la resolución 0330 de 2017 el caudal para la línea de

aducción corresponde al QMD calculado anteriormente (0,2626 m3/s).

Inclinación de tubería

Solucionando:

𝑆 =(2047,913 − 2047,173)

25∗ 100 [40]

𝑆 = 2,96%

Diámetro de tubería

Donde: D= Diámetro.

n = 0.009.

Q = 0.2626 m3 /s.

S = 2,96%.

Solucionando:

132

𝐷 = 1,548 ∗ (0,009 ∗ 0,2626

0,0029612

)38

𝐷 = 0,310𝑚 = 12,2090"

Se toma un diámetro comercial de 14” y su respectivo diámetro interno de 0,33990m aplicamos:

Caudal a tubo lleno

Donde:

= Caudal a tubo lleno.

Dint = 0,33990 m.

S = 2,96%. n = 0,009.

Solucionando:

𝑄0 = 0,312(0,33990)

83 ∗ (0,0296)

12

0,009

𝑄0 = 0,3355𝑚3

𝑠

Vel a tubo lleno

𝑉0 =𝑄0

𝐴0 [43]

donde:

= 0.3355, m3 /s.

= Vel a tubo lleno.

133

= 0,362 m2.

Solucionando:

𝑉0 =0,3355

𝑚3

𝑠 ∗ 4

𝜋(0,33990 𝑚)2

𝑉0 = 3,6968 𝑚

𝑠

Según el Artículo 56 de la resolución 0330 de 2017 no se debe sobrepasar la vel recomendada. El material que se va a utilizar corresponde con las características del PVC, donde la vel útil de este material debe estar alrededor de 3-5 m/s.

Radio hidráulico a tubo lleno

𝑅0 =0,33990

4= 0,0850 𝑚

Relación hidráulica 𝑄

𝑄0=

0,2626

0,3355 [45]

𝑄

𝑄0= 0,78

Con el valor obtenido de en la ecuación [45] se entra a la tabla [51] para obtener los valores de relación hidráulica para conductos circulares:

134

Tabla 455. Relaciones Hidráulicas para Conductos Circulares.

Fuente: (LOPEZ CUALLA, 2003)

Condiciones hidráulicas

𝑉𝑟

𝑉0= 0,975

𝑑

𝐷= 0,743

𝑅

𝑅0= 1,197

𝑉𝑟 =𝑉𝑟

𝑉𝑜∗ 𝑉𝑜 [46]

135

𝑉𝑟 = 0,975 ∗ 3,6968 𝑚/𝑠

𝑉𝑟 = 3,61 𝑚

𝑠

De acuerdo al artículo 56 de la resolución 0330 de 2017, dice que la vel de retención debe ser mayor a 0,5 m/s.

𝑑 = 0,743 ∗ 0,33990

𝑑 = 0,2525 𝑚

𝑅 = 1,197 ∗ 0,0850

𝑅 = 0,1017 𝑚

Esfuerzo cortante

𝜏 = 9810 ∗ 0,1017 ∗ 0,0296

𝜏 = 29,5237𝑁

𝑚2

Comprobación de la altitud a la salida de la bocatoma

En la bocatoma se acogió una prof de 1,2 metro desde el Cuarto de recolección hasta la base, para esta prof se debe hacer una corrección la cual se realiza de la siguiente manera:

136

Solucionando:

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑡𝑎 = 0,2525 + 1.53,602𝑚/𝑠

2 ∗ 9,81 𝑚/𝑠2

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑡𝑎 = 1,20

El valor hallado no difiere del valor principal, no se debe realizar una corrección por altitud de salida de la bocatoma y se trabaja con el valor inicial de 1,20 m.

Solucionando:


𝑠− 0,2626

𝑚3

𝑠


𝑠

Este valor corresponde al caudal que se utilizó para los demás diseños correspondientes al desarenador.

Cálculo de altitud

Altitud batea a la salida de la bocatoma = 2047,913 m.s.n.m

Altitud clave a la salida de la bocatoma = 2048,2526 m.s.n.m

Altitud batea al ingreso del desarenador = 2047,173 m.s.n.m

Altitud clave al ingreso del desarenador = 2047,5129 m.s.n.m

Altitud Hoja de agua al ingreso del desarenador = 2047,4112 m.s.n.m

137

DESARENADOR

Lo establecido en los Art 188 y 189 de la Res 0330 del 2017 permite realizar los cálculos para la estructura del desarenador en donde se obtienen:

Condiciones de la tubería de entrada

● 𝑄 = 0,2626 𝑚3

𝑠 𝑄𝑜 = 0,3355

𝑚3

𝑠

● 𝑉 = 3,60𝑚

𝑠 𝑉𝑜 = 3,70

𝑚

𝑠

● 𝐷 = 14" (0,3399 𝑚) 𝑑 = 0,253

Requisitos de diseño del desarenado

Ciclo de diseño = 25 años (según artículo 40 de la resolución 0330 del 2017).

Número de módulos = 3.

Caudal medio diario (2044) = 202.03 L/s.

Caudal máximo diario (2044) = 262,63 L/s.

Caudal de diseño = 0,2626 m3/s, según tabla [7].

Temperatura =20⁰ C.

Viscosidad cinemática = 0,01007.

Vel de sedimentación del grano

Se obtuvo la vel de sedimentación de la partícula, teniendo en cuenta que el

diámetro mínimo para la realización de los cálculos fue 𝑑𝑠 = 0,05mm, estos datos se obtuvieron con la siguiente ecuación:

𝑉𝑠 = 𝑔

18 (𝑃𝑠−𝑃)

𝜐 𝑑2 [52]

Donde:

Vs = Vel de sedimentación.

g = 981cm/s2.

𝑃𝑠 = arena 2,65.

𝑃 =1,00.

𝜐 = 20° C (0,01007).

.

138

Solucionando:

𝑉𝑠 =981

18∗

(2,65 − 1.00)

0,01007∗ 0,010

𝑉𝑠 = 0,893𝑐𝑚

𝑠 ≡ 0,00893

Según la tabla 56 los datos del nivel del desarenador (n1) corresponden a un valor de 4,0 debido a que tiene una eliminación del 80%.

Tabla 466. Número de Hazen.

Fuente: (LOPEZ CUALLA R. A., 2003)

𝜃

𝑡= 4,0

Adquiriendo una prof útil de asentamiento de H igual a 1,5 m, el momento que tardaría el grano de diámetro 0,1 mm en llegar al hondo se calcula con la siguiente ecuación:

𝑡 =𝐻

𝑉𝑠 [53]

Donde:

t = instante de llegada al fondo.

H = 4,20 m.

𝑉𝑠 = 0,893 cm/s.

Solucionando:

𝑡 =420 𝑐𝑚

0,893 𝑐𝑚𝑠

139

𝑡 = 470 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠

El ciclo para determinar la retención es mediante:

𝜃 = 4,0 ∗ 𝑡 [54]

Donde:

𝜃 = Ciclo de retención

t = 470 s

Solucionando:

𝜃 = 4,0 ∗ 470 = 1881 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠

𝜃 = 0,52 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠

0,5 horas ≤ Ө ≤ 4 horas

Se calculo el volumen del tanque mediante:

𝑉 = 𝜃 ∗ 𝑄 [55]

Donde:

V = Volumen del tanque.

𝜃 = 1881 s.

Qdiseño =0,2626 m3/s.

Solucionando:

𝑉 = 1881 𝑠 𝑥 0,2626 𝑚3

𝑠

𝑉 = 494,03 𝑚3

El tanque presenta una zona superficial equivalente a:

𝐴𝑠 = 𝑉

𝐻 [56]

Donde:

V = 494,03 m3.

140

H = 4,2 m.

Solucionando:

𝐴𝑠 = 494,03 𝑚3

4,20 𝑚

𝐴𝑠 = 117,63 𝑚2

En las cuales el tanque presenta unas dimensiones de 4:1

La base se obtuvo con la siguiente ecuación:

𝐵 = √𝐴𝑠

4 [57]

𝐵 = √117,63

4

𝐵 = 5,42 𝑚

Por lo que el largo se obtuvo con la siguiente ecuación:

𝐿 = 4 ∗ 𝐵 [58]

𝐿 = 4 ∗ 5,42 𝑚

𝐿 = 21,68 𝑚

Las cargas hidráulicas superficiales para este tanque se obtienen con la siguiente ecuación:

𝑞 = 𝑄

𝐴𝑠 [59]

Donde:

Q =0,2626 m3/s.

As = 117,63 m2.

Solucionando:

𝑞 =0,2626 𝑚3/𝑠

117,63 𝑚2

141

𝑞 = 0,00223250 𝑚3

𝑚2 ∗ 𝑠

𝑞 = 182,89 𝑚3

𝑚2∗ 𝑑

Valor que se encuentra comprendido entre 15 y 1000 𝑚3

𝑚2 ∗ 𝑑.

Carga hidráulica es equivalente a la velocidad de sedimentación, pero en condiciones teóricas corresponde a un diámetro menor.

𝑉𝑜 = 𝑞 = 0,00223250 = 0,223 𝑐𝑚/𝑠

El diámetro se halló según la siguiente ecuación:

𝑑𝑜 = √𝑉𝑜∗18∗𝜇

𝑔∗(𝑃𝑠−𝑃) [60]

𝑑𝑜 = √0,223 ∗ 18 ∗ 0,01007

981 ∗ 1,65

𝑑𝑜 = 0,05 𝑚𝑚

Se eliminan partículas correspondientes a 0.10 mm en condiciones reales.

La relación de tiempos es igual a la relación de rapidez, es decir:

𝜃

𝑡=

𝑉𝑠

𝑉𝑜 [61]

𝜃

𝑡=

0,893

0,223= 4,0

En términos teóricos, serán removidos granos hasta un diámetro similar a 0,05 mm, pero al tener presente estas condiciones de fluido no uniforme. El diámetro máximo posible de ser removido se aumenta a 0,10 mm.

La vel horizontal se calcula con la siguiente ecuación:

𝑉ℎ = 𝑄

𝑊=

𝑉𝑜𝐿

𝐻 [62]

Donde:

Vh = Vel horizontal.

Vo = 0,223 cm/s.

L = 21,68 m.

142

H = 4.20 m.

Solucionando:

𝑉ℎ =0,2626

1,5 ∗ 21,68∗ 100

𝑉ℎ = 0,223 ∗ 21,68

4,20

𝑉ℎ = 1,15 𝑐𝑚/𝑠

La vel horizontal máxima según la resolución 0330 del 2017 se calcula con la siguiente ecuación:

𝑉ℎ𝑚𝑎𝑥 = 20𝑉𝑠 [63]

Donde:

𝑉𝑠 = 0,893 cm/s.

Solucionando:

𝑉ℎ𝑚𝑎𝑥 = 20 ∗ 0,893

𝑉ℎ𝑚𝑎𝑥 = 17,86 𝑐𝑚/𝑠

La vel de suspensión máxima se calcula con la siguiente ecuación:

𝑉𝑟 = √8𝑘

𝑓𝑔(𝑃𝑠 − 𝑃)𝑑 [64]

Donde:

Vr = Vel de suspensión máxima.

k = 0.04.

f = 0.03.

g = 981 cm/s2

ρsarena = 2.65

ρ =1.00.

D = 0.005 m

Solucionando:

143

𝑉𝑟 = √8 ∗ 0,04

0,03∗ 981 ∗ 1,65 ∗ 0,010

𝑉𝑟 = 13,14𝑐𝑚

𝑠

Verificación de los elementos del desarenador

Vertedero de salida

La altura de la Hoja de agua sobre el vertedero se obtuvo con ayuda de la siguiente:

𝐻𝑣 = (𝑄

1,84∗𝐵)

2

3 [67]

Donde:

Qdiseño =0.2626 m3 /s.

B = 5,42 m.

Solucionando:

𝐻𝑣 = (0,2626 𝑚3/𝑠

1,84 ∗ 5,42 𝑚)

23

𝐻𝑣 = 0,09 𝑚

La rapidez del agua cuando pasa por el vertedero se obtuvo:

𝑉𝑣 =𝑄

𝐵𝐻𝑣 [68]

Donde:

Q = 0,2626 m3/s.

B = 5,42 m.

Hv = 0,09 m.

Solucionando:

𝑉𝑣 =0,2626 𝑚3/𝑠

5,42 𝑚 ∗ 0,09 𝑚

𝑉𝑣 = 0,55 𝑚

𝑠

144

La vel sobre el tope del vertedero debe ser superior a 0,3 m/s para poder aplicar con mayor constancia la ecuación de distancia horizontal:

𝑋𝑠 = 0,36(𝑉𝑣)2

3 + 0,60(𝐻𝑣)4

7 [69]

Donde:

Vv = 0.55 m/s.

Hv = 0.09 m.

Solucionando:

𝑋𝑠 = 0,36(0,55)23 + 0,60(0,09)

47

𝑋𝑠 = 0,39 𝑚

Para la longitud del vertedero:

𝐿𝑣 = 𝑋𝑠 + 0,20 [70]

Solucionando:

𝐿𝑣 = 0,39 𝑚 + 0,20

𝐿𝑣 = 0,59 𝑚

Pantalla de salida

Prof = H/2 = 2,10 m

Distancia al vertedero de salida = 15Hv =1,33m

145

Pantalla de entrada

Prof = H/2 =2,10m

Distancia a la Cuarto de aquietamiento =L/4 =5,42m

Capacidad de lodos

Relación longitud: Prof. Lodos =10

Prof máxima 21,68/10 =2,17 m

Prof máxima adquirida = 1,5 m

Prof mínima adquirida = 0,75 m

salida al Cuarto de aquietamiento = L/3 =7,23 m

salida al vertedero de salida =2L/3 =14,46 m

Inclinación transversal = (1,5-0,75) /5,42 =13,86%

Inclinación longitudinal en (L/3) =0,75/7,23 =10,4 %

Inclinación longitudinal en (2L/3) =1,5/14,46 =5,20% se adquiere 10%

Cuarto de aquietamiento

Prof = H/3 =1,40m

Amplitud =5,42/3 =1,81 m

Largo adquirido = 3 m

Rebose de la Cuarto de aquietamiento

El Qexc se utilizó en la línea de aducción mediante la ecuación [51]:

𝑄𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜𝑠 = Qlleno − 𝑄𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 [51]


𝑠− 0,2626

𝑚3

𝑠


𝑠

La altura correspondiente a la cámara de aquietamiento de excesos fue mediante:

𝐻𝑒 = (𝑄𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜𝑠

1,84∗𝐿𝑒)

2

3 [71]

146

Donde:

He = Altura sobre el vertedero de excesos de la Cuarto de aquietamiento.


Le = 3,0 m.

Solucionando:

𝐻𝑒 = (0,0729 𝑚3/𝑠

1,84 ∗ 3,0 𝑚)

23

𝐻𝑒 = 0,06 𝑚

El cuarto de aquietamiento tiene una velocidad correspondiente a:

𝑉𝑒 =𝑄𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜𝑠

𝐻𝑒𝐿𝑒 [72]

Donde:


He = 0,06 m.

Le = 3,0 m.

Solucionando:

𝑉𝑒 =0,0729 𝑚3/𝑠

0,06 𝑚 ∗ 3,0 𝑚

𝑉𝑒 = 0,43 𝑚/𝑠

Mediante las siguientes ecuaciones se logró obtener el alcance del chorro horizontal, de igual manera para las modificaciones:

𝑋𝑠 = 0,36(0,43)23 + 0,60(0,06)

47

𝑋𝑠 = 0,32 𝑚

𝐿𝑟 = 𝑋𝑠 + 0,15

𝐿𝑟 = 0,47 𝑚

se realizó la verificación de una sección del cuarto de aquietamiento en donde el valor de 1.81 m corresponde al ancho de la cámara.

Amplitud Cuarto de aquietamiento = 𝐵∗𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜

2=

5,42𝑚−1,81𝑚

2= 1,81𝑚.

Se adopta 1,81

m

147

Perfil hidráulico

Se establece que, para el funcionamiento del perfil hidráulico un solo modulo es aquel que trabaja con el QMD y tiene la necesidad de que la planta de suministre la cantidad de purificación siendo así el caudal de 272 l/s.

Pérdidas a la entrada de la Cuarto de aquietamiento

Mediante [73] se logró calcular las perdidas por al cuarto de aquietamiento:

Tomando k = 0,2 debido a que la vel presenta una disminución.

ℎ𝑚 = 𝑘∆𝑉2

2𝑔 [73]

Donde:

k = 0.2.

g = 9.81 m /𝑠3.

Solucionando:

● 𝑉1 = 3,60 𝑚

𝑠

● 𝑉2 =0,2727

1,81∗1,4

● 𝑉2 = 0,11 𝑚

𝑠

ℎ𝑚 = 0.2((3,60 𝑚/𝑠)2 − (0,11 𝑚/𝑠)2

2 ∗ 9.81 𝑚/𝑠2)

ℎ𝑚 = 0,13𝑚

Déficit a la entrada del área de sedimentación

𝑉1 = 0.11 𝑚

𝑠

𝑉2 = 𝑉ℎ = 0.0115 𝑚

𝑠

148

La entrada de sedimentación tiene un valor el cual parte de la diferencia entre la rapidez al ingreso a la cámara como a la rapidez horizontal, la entrada al área de sedimentación tiene un valor constante de 1.

ℎ𝑚 = 0.1(0.112 − 0.01152

2 ∗ 9.81)

ℎ𝑚 = 0.000585 𝑚

Déficit por las pantallas inicial y final

Son aquellas perdidas que se encuentran en un orificio sumergido de grandes dimensiones en la cual mediante la fórmula siguiente:

𝑄 = 𝐶𝑑 ∗ 𝐴𝑜√2𝑔𝐻

𝐴𝑜 = 2,10 ∗ 1,81

𝐴𝑜 = 3.80 𝑚2

Despejando las pérdidas:

𝐻 = (1

2𝑔) ∗ (

𝑄

𝐶𝑑 ∗ 𝐴𝑜)2 [74]

𝐻 = (1

2 ∗ 9.81) ∗ (

0.2727

0.3 ∗ 3.80)2

𝐻 = 0.000731 𝑚

Valoración de los diámetros de la tubería de excesos y lavado

Tubería de excesos

Debido a que la magnitud de los caudales de la tubería resulta siempre un diámetro mínimo o igual a 6”

Tubería de lavado

149

Depende del criterio de la selección del diámetro cuya función fue determinar el ciclo de vaciado del tanque

● Altitud de entrega del desagüe de lavado = 2047.173 m.s.n.m

● Altitud Hoja de agua sobre la tubería = 2047.430 m.s.n.m

● Suponiendo un diámetro nominal 6 pulgadas = 0.168 ● Tubería PVC RDE-41 C = 150 ● Diámetro real =0.154 ● Longitud de conducción = 25 ● Altura disponible 2047.355-2047.173 = 0.257 m ● Inconsistencias en la conducción (longitud equivalente)

Ingreso normal = 2.50 m Válvula de compuerta =1.10 m Codo radio corto = 4.90m Te cambio de dirección =10.00 m Salida: = 5.0 m Tubería = 25 m L.E total = 48.5 m

Se obtuvo la relación entre la altura disponible y las pérdidas en longitud equivalente:

𝐽 =𝐻

𝐿.𝐸 [75]

𝐽 = 0.257

48.5

𝐽 = 0.0053 𝑚

𝑚

Se obtuvo el valor del caudal con la ecuación de Hazen-Williams:

𝑄𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 0.2785𝐶𝐷2.63𝐽0.54 [76]

donde:

C = PVC- RDE41, el valor es 150

150

D = 0,154 m

J = 0,0053 m/m

Solucionando:

𝑄𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 0.2785 ∗ 150 ∗ (0.154)2.63 ∗ (0.0053)0.54

𝑄𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 0.0180 𝑚3

𝑠

Mediante la ecuación de continuidad se logró hallar el valor de la velocidad del caudal anteriormente hallado.

𝑉 =𝑄

𝐴 [77]

𝑉 =0.0180 𝑚3/𝑠 ∗ 4

𝜋 ∗ (0.154 𝑚)2

𝑉 = 0.97 𝑚

𝑠

El valor de la altura cinética y/o de la velocidad en condiciones óptimas fue mediante:

(𝑉2

2𝑔) =

(0.97𝑚/𝑠)2

2 ∗ 9.81 𝑚/𝑠2 = 0.047 𝑚

El coeficiente de descarga del tanque se obtiene despejado la ecuación [35] teniendo en cuenta la tubería de desagüe:

𝑄 = 𝐶𝑑𝐴𝑜√2𝑔𝐻

𝐶𝑑 = 𝑄

𝐴𝑜√2𝑔𝐻 =

0.0180 𝑚3/𝑠

𝜋 ∗ (0.154 𝑚 )2

4 ∗ √2 ∗ 9.81 𝑚/𝑠2 ∗ (1.50𝑚 + 1.00𝑚)

𝐶𝑑 = 0.14

Para determinar el ciclo de vaciado se calculó mediante la ecuación de descarga de un orificio que es:

𝑄 = 𝑑𝑉

𝑑𝑡= 𝐶𝑑𝐴𝑜√2𝑔𝐻

151

Despejando:

𝐴𝑠𝑑ℎ

𝑑𝑡= 𝐶𝑑𝐴𝑜√2𝑔ℎ

12

Despejado:

𝑑𝑡 =𝐴𝑠

𝐶𝑑𝐴𝑜√2𝑔ℎ

12𝑑ℎ → 𝑡 =

2𝐴𝑠

𝐶𝐷𝐴𝑜√2𝑔 𝐻

12

Donde:

As = 117,63 m2.

Cd = 0.14.

A0 = 0.154 m.

g = 9.81 m/s2.

H = 0,257 m.

Solucionando:

𝑡𝑣𝑎𝑐𝑖𝑎𝑑𝑜 = 2 ∗ 117.63 𝑚2

0.14 ∗𝜋(0.154 𝑚)2

4∗ √2 ∗ 9.81 𝑚/𝑠2

∗ (0.257 𝑚)12

𝑡𝑣𝑎𝑐𝑖𝑎𝑑𝑜 = 10326 𝑠𝑒𝑔 = 173 = 2 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑦 50 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠

Cálculo de altitud

Altitud batea de la tubería de entrada =2047.173 m.s.n.m

Altitud Hoja de agua en tubería de entrada =2047.43 m.s.n.m

Altitud Hoja de agua en el Cuarto de aquietamiento = 2047.29 m.s.n.m

Altitud del tope del vertedero Cuarto de aquietamiento =2047.24 m.s.n.m

152

Altitud fondo del Cuarto de aquietamiento = 2045.89 m.s.n.m

Altitud Hoja de agua en zona de sedimentación =2047.29 m.s.n.m

Altitud de la corona de las paredes del desarenador =2047.73 m.s.n.m

Altitud inferior de pantalla de entrada y salida =2045.19 m.s.n.m

Altitud del fondo de prof útil de sedimentación =2043.09 m.s.n.m

Altitud placa fondo a la entrada y salida del desarenador =2042.34 m.s.n.m

Altitud placa fondo en punto de desagüe =2041.59 m.s.n.m

Altitud de batea de la tubería de lavado: =2041.59 m.s.n.m

Altitud clave de la tubería de lavado: =2041.61 m.s.n.m

Altitud tope del vertedero de salida =2047.20 m.s.n.m

Altitud Hoja de agua del Cuarto de recolección: =2047.05 m.s.n.m

altitud fondo del Cuarto de recolección (supuesta) = 2046.55 m.s.n.m

Diseño línea de conducción

Datos de entrada:

Tabla 477. Datos de entrada.

PERIODO DE DISEÑO (años) 25

QMD (m3/s) 0,2626

ALTITUD DE CAPA DE AGUA A LA SALIDA DEL DESARENADOR (m)

2047.054

153

ALTITUD DE DESCARGA EN EL TANQUE DE ALMACENAMIENTO (m)

1989

Fuente. Autores

Mediante el programa de Google Earth pudimos definir una posible línea de conducción, encontrando las respectivas altitudes que contiene el terreno.

Imagen 25 tazado línea bocatoma-Planta Pekín.

Fuente: (MAPS, FUSAGASUGA, 2019)

El trazado de la rasante, altitud clave y línea piezométrica, los valores correspondientes a la tabla los pueden encontrar en el anexo como perfil de la conducción.

154

Imagen 26 Perfil línea de conducción.

Fuente: (ESP E. , 2018)

Los valores del perfil de conducción se pueden encontrar en la imagen 24 donde se verifica el empuje máximo a la cual trabaja la tubería

Imagen 27 Empuje de trabajo o nominal.

Fuente: (Pavco, 2019)

Tabla 488. Empuje de diseño conducción principal.

EMPUJE DE DISEÑO

EMPUJE ESTATICO MAXIMO (EN ABSCISA 10400) (mca) 202,65

EMPUJE DE DISEÑO (mca) 263,4509

Fuente: Autores

155

Por consiguiente, se elige el tipo de tubería a utilizar

Tabla 499. Datos de tubería.

DATOS TUBERIA

CLASE DE TUBERIA= RDE 13,5, TIPO 1, GRADO 1- PAVCO UNION PLATINO

EMPUJE DE TRABAJO= 22,14 KG/CM2 =221mca

RUGOSIDAD HAZEN-WILLIAMS (C) (150)

Fuente: Autores

Se calculan los diámetros que se implementaran en la conducción.

Tabla 60.50 Calculo de diámetro.

CALCULO DE DIAMETRO CARGA HIDRAULICA DISPONIBLE (H) (m) 58,054

DISTANCIA VERDADERA DE TUBERIA (L) (m) 11922,79

DESAPROVECHAMIENTO DE CARGA UNITARIA (J) (m/m) 0,00486

DIAMETRO DE LA ECUACION HAZEN- WILLIAMS (m) 0,3338


Fuente. Autores

Se establece una alternativa de diseño para un cambio de diámetro de la tubería.

ALTERNATIVA DE DISEÑO

La tubería a utilizar se encuentra de igual manera en la imagen donde se referencia la tubería de conducción.

Para la tubería de 14”

Tabla 511. Alternativa de diseño para tubería de 14".

IN MM

PARA EL DIAMRTRO NOMNAL DE 14 355

DIAMTRO EXTERNO 355,6

SPESOR DE LA PARED DEL TUBO 7,85


156

J1 0,01604

V1 2,89402

V1^2/2G 0,42688

Fuente. Autores

Para tubería de 16”

Tabla 522. Alternativa de diseño para tubería de 16"

IN MM



ESPESOR DE LA PARED DEL TUBO 8,97


J2 0,00837

V2 2,21570

V2^2/2G 0,25022

Fuente. Autores

Se calcula la longitud para cada uno de los diámetros.

Tabla 533. Carga Hidráulica total.

CARGA HIDRÁULICA TOTAL

L1 TUBERIA EN 14" 7347,41 m

L2 TUBERIA EN 16" 4575,37 m

Fuente. Autores

Hallamos las pérdidas para cada uno de los accesorios que tendrá la tubería.

Tabla 544. Calculo de las pérdidas de energía.

CALCULO DE LAS PERDIDAD DE ENERGIA PERDIDAS POR CODOS

8 CODO DE 90° EN 14" 0,25 13,25

4 CODO DE 22,5° EN 14" 0,12 0,3

Hm 13,55

157

Fuente. Autores

Tabla 555. Déficit por válvulas de control.

DESAPROVECHAMIENTO POR VALVULAS DE CONTROL

K 0,2

8 VALVULA EN 14" 11 2,7524

1 VALVULAS EN 16" 2 0,8537

Hm 0,721204

Fuente. Autores

Tabla 566. Perdidas por TEE.

PERDIDAS POR LA TEE DE PASO DIRECTO (PURGA) EN 14" (K) 0,6

DE PASO LATERAL (SALIDA DESARENADOR) EN 14" (K) 1,3

Hm 0,4754

Fuente. Autores

Tabla 577. Perdidas por reducción gradual de 16" a 14"

PERDIDAS POR REDUCCIÓN GRADUAL (DE 16" A 14") D1/D2= 1,14286

K 0,22

Hm 0,0939137

Fuente. Autores

tabla 588. Déficit por entrada normal al tubo

DESAPROVECHAMIENTO POR INGRESO NORMAL AL TUBO (16")

Hm 0,125110

Fuente. Autores

Tabla 599. Perdidas por salida de 14"

PERDIDAS POR SALIDA (14") Hm 0,426880

158

Fuente. Autores

Tabla 60. Pérdidas totales.

PERDIDAS TOTALES

15,392567

Fuente. Autores

Se vuelven a recalcular diámetros

Tabla 611. Calculo de diámetro.

CALCULO DE DIAMETRO

CARGA HIDRAULICA DISPONIBLE (H) 42,6620

DISTANCIA VERDADERA DE TUBERIA (L) 11922,79

DEFICIT DE CARGA UNITARIA (J) 0,003578

DIAMETRO DE LA ECUACION HAZEN- WILLIAMS 0,362826


Fuente. Autores

Tabla 622. Carga hidráulica total.

CARGA HIDRAULICA TOTAL L1 TUBERIA EN 14" 5341,44

L2 TUBERIA EN 16" 6581,34

Fuente. Autores

La línea piezométrica para cada tramo de diámetro diferente

Tabla 633. Línea piezométrica en 16"



Fuente. Autores

159

Tabla 644. Línea piezométrica en 14"



Fuente. Autores

Comprobación de golpe de ariete.

Tabla 655. Comprobación del golpe de ariete.

VERIFICACION DEL GDA VALVULA ABSCISA 1800

MODULOS DE ELASTICIDAD (K) 18

LONGITUD VERDADERA AL DESARENADOR 4000,9

ALTITUD 805

D14" (mm) 388,46

ESPESOR DE LA PARED (mm) 8,97

VEL (m/s) 2,215706

CELERIDAD DE LA ONDA (C) 344,086


Ha 77,7160

Fuente. Autores

Tabla 666. Ciclo de manejo para no sobrepasar el empuje.

CICLO PARA NO SOBREPASAR EL EMPUJE

EMPUJE ESTATICO SOBRE LA VALVULA 1242,054


Fuente. Autores

Se conocen las condiciones a las cuales estará afectada la tubería.

Tabla 677. Condiciones en las que estará afectada la tubería

VALVULA ABSCISA 3600:

160

ELASTICIDAD (K) 18

DISTANCIA REAL AL DESARENADOR 8000,7

ALTITUD 727

D14" (mm) 388,46

GROSORDE LA PARED (mm) 8,97

VEL (m/s) 2,21570

FRECUENCIA DE LA ONDA (C) 344,0865


Ha 77,71607

Fuente. Autores

Tabla 688. Tiempo de manejo para no sobrepasar el empuje.

TIEMPO PARA NO SOBREPASAR LA EMPUJE PRESION ESTATICA SOBRE LA VALVULA 1320,054

PRESION TOTAL SOBRE LA VALVULA 1397,7707

Fuente. Autores

Tabla 699. Tiempo de manejo.

TIEMPO DE MANIOBRA PRESION DISPONIBLE PARA EL GOLPE DE ARIETE 569,945

TIEMPO DE MANIOBRA 6,34114

Fuente. Autores

4. ANALISIS DE RESULTADOS

4.1 ALTERNATIVA DE MEJORAMIENTO

Es necesario optar por realizar modificaciones al sistema existente debido a que no está en las condiciones necesarias para captar y transportar la demanda necesaria. Existe la gran posibilidad de fugas de fluido durante su movilización lo que presenta un déficit hacia lugares de ubicación lejana, causando que usuarios tengan la necesidad de captar por otros medios.

En las siguientes tablas se evidencian las medidas para las estructuras, basados en el caudal de concesión tomando este como el escenario número uno, con respecto al caudal proyectado como escenario número dos, se observa que es de suma importancia realizar un nuevo diseño seleccionando la alternativa que cumpla con los parámetros necesarios para el abastecimiento de la población.

161

Tabla 80.70 Bocatoma escenario 1 / escenario 2

Fuente: Autores

162

Tabla 711. línea de aducción escenario 1 / escenario 2

Fuente: Autores

163

Tabla 722. Desarenador escenario 1 / escenario 2

Fuente: Autores

Tabla 733. conducción escenario 1 / escenario 2

Fuente: Autores

164

Después de la comparación de los escenarios se realizan los cálculos necesarios para identificar el cumplimiento o incumplimiento con el caudal de concesión en el presente año

Según la información suministrada (Ver anexo 3) por la empresa de servicios públicos Emserfusa E.S.P cuenta con 47633 suscriptores a la fecha con el fin de verificar el abastecimiento para la población con el caudal de concesión.

𝑃2019 = 47633 𝑠𝑢𝑠𝑐𝑟𝑖𝑝𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠

𝑃2019 = 47633 𝑠𝑢𝑠𝑐𝑟𝑖𝑝𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 * 4


Debido a que la planta Pekín suministra al 45% de la población, se obtiene el porcentaje correspondiente a la población hallada anteriormente:

45% 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 = 190532 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 ∗ 0,45

Siendo así:

45% 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 = 85740 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠

Dotación pura

Para hacer un estimado de la dotación a usar, como dato de diseño para el acueducto se tomó 130 / de acuerdo a la altitud a la que se encuentra la población, este valor se tomó de la siguiente tabla:

Tabla 744. Dotación pura máxima por habitante según la altura sobre el nivel del mar de la zona atendida.

Fuente: (MINVIVIENDA, RESOLUCION 0330 , 2017).

Cálculo de caudales:

165

Según la tabla anterior, la dotación pura para municipio de Fusagasugá que se encuentra entre 1000-2000 m.s.n.m es de:

Dotación Bruta:

Establecida la dotación pura, se calcula la dotación bruta que según el artículo 44 de la Resolución 0330 de 2017, es el máximo de agua que se requiere para satisfacer las necesidades básicas de un habitante, por tanto, para realizar su cálculo se utiliza la siguiente fórmula:

𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 =𝑑𝑛𝑒𝑡𝑎

1 − 0,25 [7]

Donde:

dbruta:Dotación bruta dpura: Dotación pura %p: Porcentaje de pérdidas técnicas máximas para diseño

Tomando como % de pérdidas 25% que es máximo permitido por la normatividad, se obtiene el siguiente resultado:

Caudal medio diario (Qmd):

Es el promedio obtenido de un registro de 12 meses y es la principal estimación del QMD y QMH, Este caudal expresado en litros por segundo se obtiene así:

𝑄𝑚𝑑 =𝑝𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 ∗ 𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎

86400 [8]

166

𝑄𝑚𝑑 =85740 ℎ𝑎𝑏 ∗ 173,33

𝑙ℎ𝑎𝑏 ∗ 𝑑𝑖𝑎

86400

𝑄𝑚𝑑 = 172,00 𝑙

𝑠

Caudal máximo diario (QMD):

Es la demanda máxima que se presenta en un día del año. En otras palabras, representa el día de mayor consumo en el año y se calcula según la siguiente ecuación:

𝑄𝑀𝐷 = 𝑄𝑚𝑑 ∗ 𝑘1 [9]

Siendo así:

𝑄𝑀𝐷 = 172,00𝑙

𝑠∗ 1,3

𝑄𝑀𝐷 = 223,63𝑙

𝑠

Caudal máximo horario (QMH):

Corresponde a la demanda máxima que se presenta en una hora durante un año completo, y en general se determina como:

𝑄𝑀𝐻 = 𝑄𝑀𝐷 ∗ 𝑘2 [10]

Siendo así:

𝑄𝑀𝐻 = 223,63𝑙

𝑠∗ 1,6

𝑄𝑀𝐻 = 357,76𝑙

𝑠

Nota. Los coeficientes de diseño K1 y K2 se tomaron de la resolución 0330 del 8 de junio del 2017, donde se expone que de acuerdo a la población proyectada estos coeficientes no podrán superar unos valores máximos y que para el desarrollo.

167

Luego de realizar y analizar los cálculos pertinentes se observa que el caudal de la concesión no cumple con el porcentaje total de abastecimiento que la población requiere, pues se necesita una captación de 223,63 l/s y la concesión solo permite una captación de 153,3 l/s demostrando así que solo se capta el 68,55 % del recurso hídrico.

Por consiguiente, es descartado el escenario uno como alternativa de mejoramiento del sistema de acueducto, pues no cumple con los requerimientos mínimos de abastecimiento de la población, considerando que no suministra ni un 80% de lo demandado; Implementando como alternativa optima el escenario dos donde se garantiza el abastecimiento en un 100% a población proyectada captando un caudal máximo diario de 262,6 l/s.

4.1.1 BOCATOMA DE FONDO

Para el mejoramiento de la bocatoma de fondo, vista en el municipio de Fusagasugá, se tiene en cuenta las medidas de la estructura principal. La medida encontrada en campo para la longitud de la rejilla fue de 7.0 m, los cálculos obtenidos indican que debe tener una longitud de 7,4 metros (ver anexo 3), en donde se alcanza una mejor captación del rio conociendo los caudales mínimos y máximos que trascurren en el rio Barro Blanco

Realizando la comprobación de los datos obtenidos con los datos en campo, se observó que las medidas actuales 7.0 m x 1.10 m y realizando los ajustes respectivos con los datos recalculados se contempla que según la resolución 0330 del 2017, las dimensiones deben ser de 7.40m x 0.60 m logrando así un mayor caudal captado.

4.1.2 LINEA DE ADUCCION

La mejor manera de optimizar la estructura es realizando un cambio de material, ya que el actual se encuentra en Asbesto Cemento con un diámetro de 12 pulgadas, sabiendo que este material presenta unas pérdidas mayores y generan un mayor golpe de ariete, actualmente se diseñó en PVC debido a que es un material que nos va reducir las pérdidas y va ser más resistente a cambio de presiones. Teniendo como medidas calculadas, la línea de aducción posee una longitud de 25 m, un diámetro de 14 pulgadas en PVC RDE- 21 un empuje nominal o de trabajo a 23°C considerando que el libro de elementos de diseño para acueductos y alcantarillados del ingeniero Ricardo Alfredo López Cualla (LOPEZ CUALLA R. , ELEMENTOS DE DISEÑO PARA ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS, 2003) recomienda tener lo más cerca posible el canal de aducción para evitar estas pérdidas.

168

4.1.3 DESARENADOR

Una de las condiciones principales del desarenador es almacenar agua que se encuentre libre de sedimentos, en la imagen [17] podemos evidenciar que hace falta una cubierta con las dimensiones necesarias para cubrir todo el tanque desarenador y así evitar taponamientos e ingreso de objetos extraños que puedan afectar al tanque, de igual manera se observa que la conexión longitud : amplitud es elevada ya que supera la relación 4:1 que recomienda la resolución 0330 del 2017 debido a que el tanque presenta un sobre-dimensionamiento de 6:1. La estructura de lavado de lodos se encuentra con un área más pequeña y esto dificulta que cumpla con su función de almacenar sin que se vuelvan a re-suspender, para eso optimizamos aumentando el área de la estructura de lavado con sus inclinación correspondientes, la inclinación transversal 13.82% y la inclinación a L/3 es de 10.4% y la de 2L/3 es correspondiente a 5.52% pero asumida como 10% según la resolución 0330 de 2017,con estas inclinaciones se genera el no taponamiento en el almacenamiento de lodos y de igual manera el mejoramiento de las válvulas de compuerta ya que el deterioro de estas es causa de que hayan filtraciones de sedimentos.

4.1.4 LINEA PRINCIPAL DE CONDUCCIÓN

Esta línea se encuentra bajo unos diversos problemas los cuales son por falta de mantenimiento además de la tubería presenta unos diámetros los cuales no son acordes a la necesidad que requiere, en estos momentos se encuentran con una tubería de 10“ y 12” con una longitud de 12 km por lo cual para el nuevo diseño se requiere de manera precisa diámetros de 14” y 16” con una longitud de 11 km, para que esta sección de la tubería no presente problemas ni requiera adecuaciones más adelante, generando de manera eficiente un mejor transporte y minimizando gastos de económicos, cuyas características son:

Tabla 755. Diseño línea de conducción principal.

DISEÑO LINEA DE CONDUCCIÓN

CONDUCCIÓN ACTUAL CONDUCCIÓN DISEÑADA

La conducción que se encuentra es una tubería de PVC de 10" y 12" su longitud

22

Empuje Estática máxima 202,65 m.c.a.

Empuje de diseño 263,451 m.c.a.

169

total es de 11922,79 kilómetros, por otra parte, no

se reconocen perdidas de energía en el sistema.

Datos de la tubería

PAVCO UNION PLATINO 13,5 RDE

Empuje de trabajo 350 m.c.a.

Diámetro mínimo con el que trabaja la tubería 14 pulg

Diámetro con el que puede trabajar la tubería 16 pulg

Longitud de 14" 5341,44 m

Longitud de 16" 6581,34 m

Pérdidas totales en accesorios de la tubería 15,392 m

Fuente: Autores

5. MODELACION EN EPANET

Se realizó la modelación mediante el software Epanet, el cual fue desarrollado para analizar redes de tuberías, con el fin de comprobar el consumo, y hallar las presiones y nodos.

En primer lugar, para el uso del software se requiere de manera obligatoria los siguientes datos:

Caudal Diámetro Rugosidad Altitud de entrada y salida

Los cuales se calcularon y se investigaron debidamente:

Caudal (Q): Se utilizó con el caudal medio diario el cual corresponde a 262.6 L/S.

Diámetro (d): Se utilizó el diámetro interno comercial de la tubería de 14” en PVC-RD21 que corresponde 339.9 mm.

Rugosidad (n): Se investigó que corresponde a 0.009 para realizar la modelación en PVC.

En la imagen 28 se puede observar que al ejecutar el programa este no arrojo ningún error por lo que se identifica como una COMPROBACION EXITOSA.

En primer lugar, se realizó el diseño de la línea de conducción principal.

170

Imagen 28 modelación tanque-conducción-salida

Fuente: Autores mediante el software Epanet

Una vez insertada la información con las unidades solicitadas, el programa arrojó los resultados que anteriormente fueron hallados, y se comprueba que sale con 262 L/S.

En la imagen [29] se evidencia los resultados para la línea de conducción principal.

Imagen 29 Tabla de resultados tanque-nodo

Fuente: Autores mediante software Epanet.

Una vez terminada la modelación, los datos arrojados por el software en comparación con los diseñados manualmente presentan una similitud en la vel, en la tabla 77 se encontrarán dichos valores.

Tabla 766. Comparación Vel Obtenida Manualmente vs Software Epanet.

VEL OBTENIDA MANUALMENTE VEL OBTENIDA MEDIANTE SOFTWARE

171

2.88 m/s 2.91 m/s

Fuente: Autores.

Cabe resaltar que ambos cálculos se realizaron con un caudal de 262.6 L/S, un diámetro de 339.9 mm que corresponde al diámetro interno de la tubería comercial de 14 pulgadas para PVC-RD21, una rugosidad de 0,009 correspondiente al PVC.

El error porcentual del software es mínimo en comparación con el cálculo manual, por esto la vel a tubo lleno .

Imagen 30 Presiones-vel

Fuente: Autores mediante software Epanet.

Una vez terminada la modelación, se comprueba que las presiones obtenidas son óptimas para el sistema de acueducto.

6. PRESUPUESTO A continuación, se presenta un estimado del costo del Sistema de Acueducto del

Municipio de Fusagasugá:

172

Tabla 777. Presupuesto del sistema de acueducto.

DIAGNOSTICO Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE FUSAGASUGÁ: CAPTACIÓN DEL RÍO BARRO BLANCO,

ADUCCIÓN, DESARENADOR Y LINEA DE CONDUCCION PRINCIPAL

ITEM CONCEPTO CANTIDA

D

UND.

VALOR UNITAR

IO

VALOR PARCIA

L

BOCATOMA

OBRA CIVIL BOCATOMA

Localización y replanteo m2

30.0

0

$ 1,085

$ 32,550

Obra de Desvió de cauce naturales entre 1 y 5 m

gl

1.00

$ 7,033,73

7

$ 7,033,73

7

Boquete manual o mecánica en material común o roca en mal estado a prof de 0-2m, bajo cualquier nivel de aguas subterráneas

m3

17.13

$ 12,737

$ 218,121

Excavación en roca a cualquier prof por medio de métodos no explosivos bajo cualquier grado de humedad

m3

1.66 $

242,768 $

402,418

Emanación de material excedente de la excavación

m3

4.81 $

6,330 $

30,448

Elaboración y colocación de concreto Ciclópeo 2500 psi

m3

3.00 $

360,197

$ 1,080,59

1

Elaboración y colocación de concreto de f´c=4000PSI para losa de fondo sobre terreno, incluye formaletería, no incluye acero de refuerzo

m3

1.00 $

448,895 $

448,895

Elaboración y colocación de concreto de f´c=4000PSI para muro, incluye formaleta

m3

4.40 $

448,895

$ 1,975,13

8

173

Suministro, transporte, figuración y colocación de Acero de refuerzo fy = 60000 PSI

kg

459.00

$ 3,571

$ 1,639,08

9

Construcción de tapa en concreto f'c = 2000 PSI de 1.30m x0.55m e=0,05 m, incluye herraje y acero de refuerzo

un

1.00 $

152,122 $

152,122

Costo Directo Obra Civil Bocatoma

$ 13,013,109

SUMINISTRO, INSTALACIÓN Y TRANSPORTE BOCATOMA

Tubería PVC unión platino de Ø6"

ml

18.00

$ 80,695

$ 1,452,51

0

transporte e instalación Tubería PVC-Empuje RDE 21 Ø6", Unión platino

ml

18.00

$ 7,499

$ 134,986

Suministro, transporte e instalación Codo 45º Ø6", unión platino

un

1.00 $

16,469 $

16,469

Suministro, transporte e instalación Pasamuros Ø6" L=0,30m Z=0,08, extremo liso - liso, según norma de fabricación ASTM A-53, A-106

un

1.00 $

475,200 $

475,200

Suministro, transporte e instalación Niple pasamuro en Hierro Dúctil de Ø6" L=1,30m, liso - extremo brida, Z=0,4m según norma de fabricación ASTM A-536; incluye juego de empaques y tornillos

un

1.00

$ 2,059,20

0

$ 2,059,20

0

Suministro, transporte e instalación Válvula de compuerta sello elástico de vástago no ascendente en Hierro Dúctil Ø6", Extremo Brida, según norma de fabricación AWWA C-515/509, incluye juego de empaques y tornillos

un

1.00

$ 1,483,60

6

$ 1,483,60

6

Suministro, transporte e instalación Rejilla en acero galvanizado de 7,5m x 0,55m, incluye platina de 1" x 3/16", guías

un

1.00

$ 1,121,20

0

$ 1,121,20

0

174

en U de 1" x 1/2" (un) y bisagras para fijación

Suministro, transporte e instalación Abrazadera para fijación de Tubería de Ø6" sobre paredes en concreto incluye perfil en acero galvanizado, abrazaderas y pernos de fijación en acero inoxidable de 3/8" x 2". Y aislante en neopreno

un

1.00 $

70,113 $

70,113

Costo directo de suministro, instalación y transporte bocatoma

$

6,813,283

COSTO DIRECTO TOTAL CONSTRUCCIÓN BOCATOMA

$ 19,826,392

DESARENADOR

OBRA CIVIL DESARENADOR

1.4.2 Localización y replanteo

m2

353.00

$ 1,085

$ 383,005

3.1.1

Excavación manual o mecánica en material común o roca descompuesta a prof de 0-5m, bajo cualquier condición de humedad.

m3

1,600.00

$ 11,737

$ 18,779,2

00

3.6 Dispersión de material excedente de la excavación

m3

40.64

$ 6,330

$ 257,280

7.5 Elaboración y colocación de concreto Ciclópeo 2500 psi

m3

3.06 $

565,409

$ 1,730,15

2

8.2 Suministro, transporte, figuración y colocación de Acero de refuerzo fy = 60000 PSI

Kg

357.10

$ 3,571

$ 1,275,20

4

7.152

Elaboración y colocación de concreto de f´c=4000PSI para losa de fondo sobre terreno, incluye formaletería, no incluye acero de refuerzo

m3

35.00

$ 448,895

$ 15,711,3

25

175

7.132 Elaboración y colocación de concreto de f´c=4000PSI para muro, incluye formaletería

m3

75.00

$ 448,895

$ 33,667,1

25

Costo directo obra civil desarenador

$ 71,803,290

SUMINISTRO, TRANSPORTE E INSTALACIÓN DESARENADOR

Suministro, transporte e instalación Válvula de compuerta sello elástico vástago no ascendente de Hierro Dúctil de Ø6", Junta hidráulica según norma de fabricación AWWA C -515/509

un

3.00 $

540,731

$ 1,622,19

3

Suministro, transporte e instalación Sistema de desarenación en PRFV Q= 1 l/s

un

1.00

$ 3,563,13

1

$ 3,563,13

1

Suministro, transporte e instalación de 0,7m Tubería PVC unión platino de Ø10" más Tapón PVC Ø10" para protección de Válvulas

un

2.00 $

50,321 $

100,642

Costo directo SUMINISTRO desarenador

$ 5,285,966

TOTAL, COSTO DIRECTO CONSTRUCCIÓN DESARENADOR $ 77,089,256

ADUCCION Y CONDUCCIÓN

OBRA CIVIL ADUCCIÓN Y CONDUCCIÓN

Localización y replanteo ML 1194

8 $ 1,085

$ 12,963,5

80

Actualización Topografía de la red de conducción del rio barro blanco

ML 1192

3 $ 798

$ 9,514,55

4

Excavación manual en conglomerado h=0.-2.0 m (incluye retiro de sobrantes a una distancia menor de 5 km)

M3 1792

2 $ 18,887

$ 338,492,

814

Relleno con material seleccionado de excavación compactado mecánicamente

M3 1094

8 $ 19,076

$ 208,844,

048

176

Suministro e Instalación de tubería PVC RDE 21 de 14" incluye trasiego de material 6km

ML 5367 $ 404,678

$ 2,171,90

6,826

Suministro e Instalación de tubería PVC RDE 21 de 16" incluye trasiego de material 6km

ML 6582 $ 532,242

$ 3,503,21

6,844

Suministro e instalación de ventosa de 2" doble acción en la red de aducción de la planta Pekín incluye tee partida de 16" y válvula de cierre

UND 1 $ 4,990,000

$ 4,990,00

0

Cilindro pozo en ladrillo tolete, D=1.20m, E=0.25m (inc. Pañete interno E=1.5cm y cañuela)

UND 10 $ 618,046

$ 6,180,46

0

Cubierta pozo D= 1.7m, E=0.20m concreto 3000 psi con refuerzo

UND 10 $ 689,963

$ 6,899,63

0

Suministro e instalación de tapa de seguridad para pozo de inspección con su respectiva llave

UND 10 $ 1,117,760

$ 11,177,6

00

TOTAL, COSTO DIRECTO CONSTRUCCIÓN ADUCCIÓN - CONDUCCIÓN

$ 6,274,186,356

COSTO DIRECTO OBRA CIVIL

$ 6,371,102,004

ADMINISTRACIÓN (A) 20.00%

$ 1,274,220,401

IMPREVISTOS (I) 2.00%

$ 127,422,040

UTILIDADES (U) 5.00%

$ 318,555,100

TOTAL A.I. U 27.00%

$ 1,720,197,540

IVA sobre UTILIDAD 19.00%

$ 60,525,469

177

VALOR TOTAL COSTO DIRECTO + AIU+IVA UTILIDAD

$ 8,151,825,014

Fuente. Autores

El mejoramiento del acueducto consiste principalmente en la construcción de un nuevo sistema de acueducto para el municipio de Fusagasugá, el cual está diseñado en el escenario 2, el presupuesto encontrado en la tabla se estima tenga un costo de 8.151.825.014 el cual comprende las estructuras de captación, aducción, desarenador y la línea principal de conducción y se resalta que va incluido el costo de la mano de obra, transporte de materiales al sitio.

178

CONCLUSIONES

Este proyecto pretende mejorar la calidad de vida de la comunidad, proporcionando un sistema de acueducto que a largo plazo beneficiará su desarrollo comercial, industrial y social.

Según el diagnóstico hidráulico se identificó que la bocatoma presenta un sobredimensionamiento, cabe resaltar que dicho sobredimensionamiento será ineficiente para la proyección de caudal demandado en el 2044.

Al realizar el diagnóstico de las líneas de aducción y conducción se evidencio que es de suma urgencia realizar el cambio de tubería pues presenta problemas en el recorrido de agua generando sedimentos que disminuyen la vida útil de las demás estructuras, además genera problemas a la comunidad de salud puesto que se encuentra en asbesto-cemento, siendo el PVC el mejor material para evitar estos inconvenientes.

El tanque desarenador presenta un sobredimensionamiento en una relación 6:1 resaltando que no cumple con los parámetros de la resolución 0330 de 2017 puesto que esta recomienda que la relación sea 4:1.

Al realizar el análisis de alternativas se evidencio que el caudal de concesión no cumple con lo demandado por la población.

De mantenerse el caudal de concesión al año de la proyección este caudal solo abastecerá alrededor de un 58% del caudal requerido por la población proyectada.

El desarrollo de este trabajo permitió proponer una alternativa de mejora del sistema de acueducto de la Planta Pekín la cual suministra al 45% de la población del municipio de Fusagasugá.

● En la bocatoma de fondo al realizar la mejora encontramos en los cálculos que actualmente presenta unas medidas mínimas, con los datos obtenidos se establece que la estructura es capaz de mejorar las condiciones de consumo y de igual manera su tamaño será de fácil acceso a la hora de realizar los mantenimientos necesarios.

● La mejora del tanque del desarenador, se puede decir que presenta inconsistencias debido a su abandono lo que afectaría el proceso de agua cruda por eso en primer lugar se recomienda el rediseño del tanque con su correspondiente cubierta para así mejorar la función del desarenador actual y

179

al mejoramiento del municipio.

● Mediante el diagnóstico realizado a las diferentes estructuras se observó que se encuentran en un estado de abandono, pues es visible la falta de mantenimiento.

● Se determina que el presupuesto estimado es asequible para la empresa de servicios públicos Emserfusa E.S.P y el Municipio de Fusagasugá puesto que los recursos anuales para inversión de obras de saneamiento básico son superiores al costo de la alternativa de mejoramiento.

● Se concluye que las medidas que se deben tomar para realizar el mejoramiento del sistema de acueducto son las planteadas en el escenario número dos.

180

RECOMENDACIONES

Se recomienda que la Empresa de Servicios Públicos de Fusagasugá Emserfusa E.S.P renueve el caudal de concesión pues no cumple con el caudal requerido para abastecer la comunidad.

A la hora de realizar el proyecto se recomienda seguir la normativa 0330 del 2017 para cumplir con los parámetros de diseño debido a que por falla de esto se presentan las fallas en el funcionamiento.

Se recomienda adecuar dichas estructuras para así brindar un mejor servicio a la comunidad quienes son directamente afectados por este acueducto.

se sugiere realizar la adecuación a la presa de la bocatoma, pues durante la visita realizada se observó la presencia de fallas y grietas en la estructura de la presa, implicando una reducción de tiempo en el periodo de diseño.

Se recomienda cubrir el tanque desarenador para evitar el ingreso de materiales inadecuados para mejorar la calidad del servicio.

En caso de no ser posible la renovación del caudal de concesión, se recomienda que se realicen estudios de aguas subterráneas, así como la posibilidad de construir un embalse de almacenamiento con el fin de abastecer en un 100% la población futura del Municipio de Fusagasugá.

181

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ANEXOS

Anexo 1. Solicitud de Estudio.

Fuente: Comunidad.

186

Anexo 2. Certificación de la Visita Técnica.

Fuente: Emserfusa E.S.P

187

Anexo 3. Respuesta a información solicitada

Fuente: Emserfusa E.S.P

188

Anexo 4. Plano Bocatoma Diseño en Planta.

Anexo 5. Plano Bocatoma Corte A - A.

Anexo 6. Plano Bocatoma Corte B - B.

Anexo 7. Plano Línea Aducción (Bocatoma - Desarenador).

Anexo 8. Plano Diseño en Planta del Desarenador.

Anexo 9. Plano Desarenador Diseño Corte Transversal A - A.

Anexo 10. Plano Desarenador Diseño Corte Transversal B - B.

Anexo 11. Plano en planta del sistema de acueducto.

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